پژوهشگران دانشگاه حکیم سبزواری و دانشگاه مازندران با تولید یک نوع نانوکامپوزیت الکترومغناطیس، موفق به ساخت زیست حسگر الکتروشیمیایی حساس به پراکسید هیدروژن شدند. سازگاری بالا، گزینش پذیری مناسب، هزینه کم، عدم نیاز به مراحل دشوار پیش آماده‌سازی و عدم تخریب نمونه از جمله مزایای این حسگر است.
ساخت زیست حسگر الکتروشیمیایی حساس به پراکسید هیدروژن
نارسایی‌های قلبی، میزان پراکسیدهیدروژن را در بافت‌های بدن افزایش می‌دهد که به لایه داخلی شریان‌ها آسیب رسانده و سبب لخته شدن خون و سکته‌های قلبی و مغزی می‌گردد. بنابراین اندازه‌گیری پراکسید هیدروژن در بافت‌های بدن و مایعات زیستی نظیر پلاسما، اهمیت بالایی خواهد داشت. با توجه به این مسئله که امروزه مرگ و میر ناشی از بیماری‌های قلبی-عروقی در کشور رو به افزایش است، بنابراین وجود یک روش آسان، سریع و کارآمد در تشخیص میزان غلظت این ماده برای پیشگیری از این عارضه ضروری به نظر می‌رسد.
در این پژوهش حسگری الکتروشیمیایی از جنس نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن و پلی فوران ساخته شده است که قابل کاربرد در اندازه‌گیری غلظت پراکسید هیدروژن در بافت‌های بدن و مایعات زیستی است. با تلاش این محققان، معایبی نظیر رسانایی پایین، پایداری حرارتی کم پلی فوران از بین رفته است.
دکتر مهدی بقایری، استادیار بخش شیمی دانشگاه حکیم سبزواری، در مورد اهمیت این تحقیقات افزود: «علاوه‌بر نیاز به تشخیص میزان غلظت پراکسیدهیدروژن جهت پیشگیری از بیماری‌های قلبی ـ عروقی، تعیین آن در آب باران برای تهیه یک آب قابل شرب، احساس می‌شود. زیرا در برخی از کشور‌های جهان، نظیر استرالیا، به علت کمبود منابع زیر زمینی آب، استفاده از آب باران به منظور تأمین بخشی از آب شرب مورد نیاز مردم مرسوم شده است. این ماده، به عنوان اکسید کننده‌ای قوی، عامل برخی واکنش‌های تولید‌کننده‌ی رادیکال‌های آزاد و فلزات در تروپوسفر جو زمین است. بنابراین مقدار پراکسید هیدروژن موجود در آب باران، به نوعی بیان‌کننده میزان سمیت، انحلال، زیست سازگاری و حتی میزان نسبی فلزات موجود در آب باران است. با توجه به موارد مطرح شده لزوم بررسی میزان معمول پراکسید هیدروژن حل شده در آب پیش از ورود به محیط زیست و یا حتی مصارف خانگی ضروری به نظر می‌رسد.»
برای این منظور، در ابتدا نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن، به روش هم‌رسوبی شیمیایی از نمک‌های آهن ۲ و ۳ سنتز شد. سپس با استفاده از درصدهای وزنی مختلف این نانوذرات مغناطیسی، نانوکامپوزیت پلی فوران @Fe3O4 با روش پلیمریزاسیون اکسیداسیون شیمیایی در جا، تحت امواج فراصوت و در دمای محیط تولید شد. در قسمتی دیگر از این کار، خواص آنتی اکسیدانی نانوکامپوزیت پلی فوران @Fe3O4 نیز مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت از نانوکامپوزیت الکترومغناطیسی تهیه شده به عنوان یک بستر تثبیت‌کننده برای هموگلوبین جهت کاربرد در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی استفاده شد.
به دلیل استفاده از نانوذرات اکسید آهن دارای گروه‌های سطحی هیدروکسیل، این نانوذرات نه تنها سبب ایجاد خاصیت مغناطیسی و افزایش رسانایی الکتریکی نانوکامپوزیت می‌شوند، بلکه سازگاری خوبی با حلقه‌های فورانی به منظور افزایش میزان نسبت سطح به حجم برای کاربردهای زیستی ایجاد می‌کنند. همچنین علاوه بر ارزان قیمت بودن مواد به‌کار رفته در ساخت نانوکامپوزیت، زیست سازگاری مواد اولیه مورد استفاده، امکان کاربرد مستقیم این زیست حسگر را در بافت‌های زیستی فراهم می‌آورد. لازم به ذکر است که بررسی خواص آنتی اکسیدانی این نانوکامپوزیت الکترومغناطیس و کاربرد آن در زیست حسگرها برای اولین بار در دنیا توسط این تیم تحقیقاتی انجام گرفته است.
دکتر بقایری با اشاره به نتایج این تحقیقات گفت: «مقایسه نتایج به دست آمده در این پژوهش با آزمایش‌های مدل در آزمایشگاه تحقیقاتی ما نشان می‌دهد که استفاده از امواج فراصوت در ساخت این نانوکامپوزیت سبب بهبود خواصی نظیر رسانایی، مغناطیسی، ریخت‌شناسی، آنتی اکسیدانی و پایداری حرارتی در آن می‌شود. این ویژگی‌ها ارتباط مستقیمی با کوچک بودن اندازه ذرات داشته و با بهینه‌سازی شرایط می‌توان آن‌ها را تقویت کرد.»
در این پژوهش حسگری الکتروشیمیایی از جنس نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن و پلی فوران ساخته شده است که قابل کاربرد در اندازه‌گیری غلظت پراکسید هیدروژن در بافت‌های بدن و مایعات زیستی است. با تلاش این محققان، معایبی نظیر رسانایی پایین، پایداری حرارتی کم پلی فوران از بین رفته است.
دکتر مهدی بقایری، استادیار بخش شیمی دانشگاه حکیم سبزواری، در مورد اهمیت این تحقیقات افزود: «علاوه‌بر نیاز به تشخیص میزان غلظت پراکسیدهیدروژن جهت پیشگیری از بیماری‌های قلبی ـ عروقی، تعیین آن در آب باران برای تهیه یک آب قابل شرب، احساس می‌شود. زیرا در برخی از کشور‌های جهان، نظیر استرالیا، به علت کمبود منابع زیر زمینی آب، استفاده از آب باران به منظور تأمین بخشی از آب شرب مورد نیاز مردم مرسوم شده است. این ماده، به عنوان اکسید کننده‌ای قوی، عامل برخی واکنش‌های تولید‌کننده‌ی رادیکال‌های آزاد و فلزات در تروپوسفر جو زمین است. بنابراین مقدار پراکسید هیدروژن موجود در آب باران، به نوعی بیان‌کننده میزان سمیت، انحلال، زیست سازگاری و حتی میزان نسبی فلزات موجود در آب باران است. با توجه به موارد مطرح شده لزوم بررسی میزان معمول پراکسید هیدروژن حل شده در آب پیش از ورود به محیط زیست و یا حتی مصارف خانگی ضروری به نظر می‌رسد.»
برای این منظور، در ابتدا نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن، به روش هم‌رسوبی شیمیایی از نمک‌های آهن ۲ و ۳ سنتز شد. سپس با استفاده از درصدهای وزنی مختلف این نانوذرات مغناطیسی، نانوکامپوزیت پلی فوران @Fe3O4 با روش پلیمریزاسیون اکسیداسیون شیمیایی در جا، تحت امواج فراصوت و در دمای محیط تولید شد. در قسمتی دیگر از این کار، خواص آنتی اکسیدانی نانوکامپوزیت پلی فوران @Fe3O4 نیز مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت از نانوکامپوزیت الکترومغناطیسی تهیه شده به عنوان یک بستر تثبیت‌کننده برای هموگلوبین جهت کاربرد در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی استفاده شد.
به دلیل استفاده از نانوذرات اکسید آهن دارای گروه‌های سطحی هیدروکسیل، این نانوذرات نه تنها سبب ایجاد خاصیت مغناطیسی و افزایش رسانایی الکتریکی نانوکامپوزیت می‌شوند، بلکه سازگاری خوبی با حلقه‌های فورانی به منظور افزایش میزان نسبت سطح به حجم برای کاربردهای زیستی ایجاد می‌کنند. همچنین علاوه بر ارزان قیمت بودن مواد به‌کار رفته در ساخت نانوکامپوزیت، زیست سازگاری مواد اولیه مورد استفاده، امکان کاربرد مستقیم این زیست حسگر را در بافت‌های زیستی فراهم می‌آورد. لازم به ذکر است که بررسی خواص آنتی اکسیدانی این نانوکامپوزیت الکترومغناطیس و کاربرد آن در زیست حسگرها برای اولین بار در دنیا توسط این تیم تحقیقاتی انجام گرفته است.
دکتر بقایری با اشاره به نتایج این تحقیقات گفت: «مقایسه نتایج به دست آمده در این پژوهش با آزمایش‌های مدل در آزمایشگاه تحقیقاتی ما نشان می‌دهد که استفاده از امواج فراصوت در ساخت این نانوکامپوزیت سبب بهبود خواصی نظیر رسانایی، مغناطیسی، ریخت‌شناسی، آنتی اکسیدانی و پایداری حرارتی در آن می‌شود. این ویژگی‌ها ارتباط مستقیمی با کوچک بودن اندازه ذرات داشته و با بهینه‌سازی شرایط می‌توان آن‌ها را تقویت کرد.»
شمای کلی از مراحل سنتز نانوکامپوزیت و آماده‌سازی زیست حسگر
وی در مورد ادامه این تحقیقات افزود: «در حال حاضر گروه تحقیقاتی ما (متشکل از گروه شیمی دانشگاه حکیم سبزواری و گروه شیمی آلی-پلیمر دانشگاه مازندران) مشغول ساخت و بهره‌برداری نسل جدیدی از زیست حسگرهای الکتروشیمیایی هستند که می‌تواند خواص کاربردی این نوع از نانوکامپوزیت‌ها را بیشتر کند. از طرفی با همکاری سایر گروه‌های علمی، نظیر گروه برق دانشگاه حکیم سبزواری، سعی در طراحی و ساخت مدل تجاری این نوع از زیست حسگرهای الکتروشیمیایی داریم.»
نتایج این پژوهش که با تلاش دکتر مهدی بقایری، دکتر مسلم منصورلکورج- استاد شیمی پلیمر دانشگاه مازندران- و احسان نظرزاده زارع -دانشجوی سال چهارم دکتری شیمی پلیمر دانشگاه مازندران- صورت گرفته است، در مجله‌ی Sensors and Actuators B: Chemical (جلد ۲۰۲، ۳۱ اکتبر سال ۲۰۱۴، صفحات ۱۲۰۰ تا ۱۲۰۸) منتشر شده است.
