به تازگی مقاله‌ای به چاپ رسیده که در آن محققان به بررسی تاثیر نقش نانوالیاف در توسعه تجهیزات حسگری پرداخته‌اند.
نقش نانوالیاف در توسعه تجهیزات حسگری چقدر است؟
حسگرهای زیستی به‌طور فزاینده‌ای در حوزه‌های مختلف مانند صنایع کشاورزی و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، آن‌ها همچنین در کنترل محیط‌زیست، فناوری پزشکی، کالاهای مصرفی و تولید فناوری برچسب سوراخ مایع کاربرد دارند.
یافته‌های اخیر که در Sensors and Actuators Reports منتشر شده نشان داده است که نانوالیاف الکتروریسی شده (ENFs) قادر به بهبود عملکرد دستگاه‌های حسگر زیستی هستند.
حسگر زیستی یک دستگاه کوچک است که می‌تواند وجود یک عامل شیمیایی یا زیستی را تشخیص دهد. تشخیص می‌تواند براساس توالی نوکلئوتیدی خاصی در ساختار پروتئینی مولکول باشد یا روی یک مدار کاملاً الکترونیکی اعمال شود.
حسگرهای زیستی مورد استفاده در کاربردهای پزشکی، امنیتی و زیست پزشکی به‌عنوان حسگر زیستی شناخته می‌شوند. این حسگرها براساس مواد شیمیایی فعال یا مولکول‌های کوچک ایجاد شده توسط موجودات زنده، ایجاد می‌شوند.
امروزه حسگرهای زیستی تقریباً در همه صنایع کاربرد دارند. نظارت بر محیط‌زیست شرایط محیطی مانند گازها، موادشیمیایی، آلاینده‌های آب و حتی مواد زیستی را تشخیص می‌دهند.
از حسگرهای زیستی می‌توان برای تشخیص اولیه بیماری و بهبود درمان‌ها با تشخیص سریع عوامل زیستی خطرناک در عرض چند دقیقه از بروز آن‌ها استفاده کرد.
از سوی دیگر، نانوالیاف فناوری است که در طیف وسیعی از کاربردهای الکترونیکی و مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این الیاف به‌گونه‌ای اصلاح شده‌اند تا بتوانند جریان الکتریکی را در محدوده دمای خاصی در ساختار منحصر به فرد خود ایجاد کنند.
چرا باید به عملکرد حسگر زیستی اهمیت دهیم؟
با پیچیده شدن حسگرهای زیستی، آن‌ها به متخصصان پزشکی کمک خواهند کرد. به‌عنوان مثال، هنگام استفاده از الکتروکاردیوگرام (ECG)، یک حسگر زیستی فعال شده توسط درمان تشنج الکتریکی (ECT) می‌تواند به شناسایی بیمارانی که ممکن است در معرض بیماری‌های قلبی عروقی باشند، کمک کند. با بهبود عملکرد حسگر زیستی، سایر زمینه‌های استفاده از این فناوری نیز پیشرفت‌هایی را شاهد خواهند بود.
تحقیقات دانشگاهی فعلی چه می‌گوید؟
در مطالعه مرکانته و همکاران ۲۰۲۱، محققان راهکارهای مختلفی را در مورد افزایش عملکرد حسگرهای زیستی با اصلاح سطوح ENF مرور کرده و نانوالیاف را اصلاح کرده‌اند تا به‌عنوان ماده‌ای برای حسگرهای زیستی استفاده شوند. در این مورد، توانایی نانوالیاف برای عبور جریان به این معنی است که آن‌ها می‌توانند به جمع‌آوری مقدار بیشتری از انواع مختلف ذرات کمک کنند. این امر آن‌ها را برای کاربردهایی در پردازش داده و تولید سیگنال جذاب می‌کند.
ENF یک ساختار سطحی پیچیده است که به دلیل فضای بزرگ و منافذی که دارد، می‌تواند برای اهداف مختلف سفارشی شود و به آن اجازه می‌دهد پروتئین‌های خاص اتصال دهنده را متصل کرده و به مولکول‌های مورد نظر متصل شود.
این امر باعث می‌شود که حسگرها بتواند ترکیباتی (مانند سطح نمک) را براساس چگونگی اتصال آن‌ها به الیاف تشخیص داده و شناسایی کند.
ENFها همچنین می‌توانند به‌عنوان داربست‌هایی مورد استفاده قرار گیرند که از رشد سایر مواد پشتیبانی می‌کنند و باعث تثبیت پروتئین‌ها و DNA می‌شوند.
این مولکول‌های زیستی می‌توانند مولکول‌های خاصی را حس کرده و درصورت تشخیص، سیگنال فلورسنت ایجاد کنند. به‌طور خاص، وقتی دانشمندان می‌خواهند حسگرهایی برای تشخیص مولکول‌های خاص ایجاد کنند، معمولاً از مواد در مقیاس نانو مانند نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کنند.
با این حال، تحقیقات بنیادی و تحقیقات بیشتری باید برای درک بهتر تعامل بین ماتریس نانوالیاف و مولکول‌های زیستی و همچنین تأثیر عوامل ریسندگی الکتریکی بر خواص سطوح زیستی انجام شود.
