پژوهشگران دانشگاه صنعتی همدان با همکاری محققان پژوهشگاه رویان موفق به طراحی حسگرهای تشخیص ویروس کرونا با دقت و سرعت بالا شدند. دستاوردهای این پژوهش نشان می‌دهد که این نانوحسگر قابلیت تشخیص تعداد ۱۰ ویروس در هر آزمون را دارد.
دانشگاه صنعتی همدان: طراحی نانوحسگر اختصاصی تشخیص ویروس SARS-CoV-2 با دقت و سرعت بالا
جواد پاینده‌پیمان استادیار گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی همدان درباره ضرورت انجام این طرح پژوهشی گفت: «تشخیص سریع ویروس SARS-CoV-2 میتواند از گسترش بیشتر آن جلوگیری کرده و به کنترل این ویروس کمک زیادی می‌کند. مشکل اساسی در آزمون‌های فعلی، زمان‌بر بودن و عدم دقت بالای آن‌ها در تعداد کم ویروس در نمونه‌ها است. ما در این کار به دنبال طراحی نانوحسگرهای مکانیکی به منظور تشخیص ویروس کرونا با دقت و سرعت بالا به وسیله شبیه‌سازی بودیم. در این کار، سطح گرافن به عنوان یک حسگر با آنتی‌بادی‌های اختصاصی ویروس کرونا پوشیده می‌شود و سپس در معرض ویروس قرار می‌گیرد. با محاسبه تغییرات خواص ارتعاشاتی حسگر موردنظر، وجود ویروس SARS-CoV-2 در نمونه‌های آزمون افراد مشکوک به کووید ۱۹ تشخیص داده می‌شود. مراحل طراحی در یک بازه ۶ ماهه، با بیش از ۱۵۰۰۰ شبیه‌سازی با موفقیت طی شد و حسگر موردنظر برای ویروس کرونا کالیبره شد. دستاوردهای پژوهش نشان می‌دهد که این نانوحسگر قابلیت تشخیص تعداد کم ویروس (۱۰ ویروس در هر آزمون) در نمونه را دارد. در پایان با ارائه یک رابطه تحلیلی، پارامترهای مهم طراحی حسگرهای اختصاصی تشخیص سریع ویروس کرونا تعیین شدند.»
وی در ادامه گفت: «در این طرح، خواص فیزیکی ویروس SARS-CoV-2 شامل وزن و اندازه آن با استفاده از مقالات موجود محاسبه شده است. با فرض توزیع احتمالی ویروس‌ها به هنگام چسبیدن به سطح حسگر، شبیه‌سازی‌های مختلفی با غلظت‌های مختلف ویروس و آنتی‌ویروس برای این‌کار طراحی شده است که قابلیت اطمینان لازم را از کارکرد حسگر در شرایط مختلف فراهم می‌کند.»
گرافن یکی از نانومواد بسیار پرکاربرد است که هزینه تولید آن با استفاده از فناوری‌های مختلف در حال کاهش است. ساخت کیت‌های ارزان‌قیمت با استفاده از گرافن میتواند در پاندمی‌های مشابه کرونا بسیار کاربردی و قابل‌استفاده برای همه کشورها باشد. استفاده از این نوع نانوحسگر مکانیکی باعث تشخیص سریع و دقیق وجود ویروس کرونا در نمونه‌هایی با داشتن حداقل ۱۰ ویروس می‌شود که در صورت عملی‌شدن نتیجه بسیار خوبی است. پژوهشگر دانشگاه صنعتی همدان معتقد است که این نتایج، شبیه‌سازی است و در عمل باید موارد مختلف به دقت بررسی شود.
جواد پاینده‌پیمان درباره ویژگی‌های نوآورانه این طرح گفت: «از صفحات گرافن در ساخت حسگرهای بسیار حساس و سریع مختلف برای تشخیص اجرام بسیار کوچک مانند ویروس، باکتری، مولکول‌های گاز و غیره در حال گسترش است. نوآوری این‌کار در واقع استفاده از گرافن برای تشخیص اختصاصی ویروس SARS-CoV-2 است و پارامترهای مهم طراحی حسگرها برای این نوع ویروس موردبررسی قرار گرفته است. صفحات گرافنی به دلیل ضخامت (کمتر از ۱ نانومتر) و وزن بسیار کم آن و از جهتی خاصیت الاستیک فوق‌العاده آن که حدود ۵ برابر فولاد است، در رده رزوناتورهای فرکانس بالا قرار دارد. حساسیت فوق‌العاده آن نسبت به تغییرات جرم حسگر، منجر به تشخیص جرم‌هایی بسیار کوچک می‌شود. ما از این خاصیت برای تشخیص وجود ویروس بر سطح آن استفاده کرده‌ایم.»
نتایج مقاله حاضر میتواند در ساخت کیت‌های تشخیص سریع و دقیق‌تر کووید ۱۹ مورداستفاده قرار بگیرد. با توجه به احتمال شیوع ویروس‌های مختلف فعلی و جدید در آینده، می‌توان حسگر موردنظر را برای ویروس‌های دیگر نیز کالیبره کرد.
نمونه‌هایی اولیه از این نوع حسگرها که البته بر پایه ترانزیستورهای اثرمیدان کار می‌کنند، در مراکز تحقیقاتی کره جنوبی ساخته و تست شده است. همچنین محققانی از دانشگاه توهوکو ژاپن، حسگرهای مشابهی البته با مواد پیزوالکتریک طراحی کرده‌اند.
پاینده‌پیمان در پایان گفت: «طراحی فعلی بر پایه خواص مکانیکی گرافن انجام شده است. در حوزه مواد دوبعدی در سال‌های اخیر مواد بسیار زیادی کشف و ساخته شده است که در حال حاضر به دنبال استفاده از این مواد به منظور بهینه‌کردن حسگر و افزایش ضریب اطمینان و دقت آن هستیم.»
این مقاله که حاصل یک پژوهش بین‌رشته‌ای بین متخصصان حوزه مهندسی و زیستی است با همکاری دکتر جواد پاینده‌پیمان استادیار گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی همدان، ندا پروینی دانشجوی دکتری پزشکی مولکولی پژوهشگاه رویان، کامبیز مرادی فارغ‌التحصیل مهندسی رباتیک دانشگاه صنعتی همدان و نیما هاشمیان دانشجوی دکتری بیوسیستماتیک مولکولی دانشگاه تهران در نشریه معتبر ACS Applied Nano Materials به چاپ رسیده است.
