محققان آمریکایی با استفاده از نانوذرات موفق به تولید حسگر جدیدی شده‌اند که از آن در اندازه‌گیری اکسیژن استفاده می‌شود. آنها امیدوارند این دستگاه بتواند در تعیین مقدار دقیق اکسیژن موجود در بافت‌ها و سلول‌ها به دانشمندان کمک کند.
حسگری برای اندازه‌گیری دقیق اکسیژن
با اینکه ما بدون آن نمی‌توانیم زندگی کنیم، اما مقادیر بسیار زیاد آن نیز موجب آسیب‌های بدنی می‌شود؛ اکسیژن عنصر حیاتی بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیکی و پاتولوژیکی(آسیب‌شناختی) در سلول‌های زنده است. کمبود اکسیژن در بافت‌ها با عوارضی مانند رشد تومور، آسیب شبکیه‌ی چشم در افراد مبتلا به دیابت و تورم روماتیسمی مفاصل همراه است. بنابراین تخمین مقدار اکسیژن موجود در سلول‌ها و بافت‌ها از اهمیت خاصی برای دانشمندان برخوردار است و یکی از چالش‌های پیش روی آنها به حساب می‌آید.
اکنون یک گروه تحقیقاتی تحت هدایت آقای جیسون مک‌نیل در دانشگاه کلمستون روش جدیدی را بر اساس نانوذرات رنگ‌شده به روش رنگرزی جرم ابداع کرده‌اند. آن طور که در مجله‌ی Angewandte Chemie گزارش شده‌است، آنها با کاربرد این روش می‌توانند مقدار دقیق اکسیژن را اندازه‌گیری کنند.
معمولاً حسگرهای اکسیژنی مبتنی بر نانوذرات، حاوی رنگ‌های فسفروسنتی هستند که برای محافظت این رنگ‌ها در برابر محیط سلولی اطراف، آنها را به‌صورت کپسول با مواد پلیمری یا ذرات سیلیکاژل پوشش می‌دهند. از این گذشته، نانوذرات موجب تشدید درخشندگی رنگ نیز می‌شوند. اکنون محققان آمریکایی با استفاده از یک پلیمر که دارای ساختاری ویژه و متشکل از الکترون‌های کانجوگه π هستند، معماری جدیدی را از نانوذرات ارائه کرده‌اند. این ساختار باعث می‌شود که الکترون‌ها آزادانه‌تر در سراسر مولکول رنگ جابه‌جا شوند.
محققان با به‌کارگیری این ماده‌ی پلیمری، نانوذراتی را تولید کرده‌اند که به روش رنگرزی جرم و با استفاده از یک ترکیب پلاتین- پرفیرین (که یک رنگ فسفروسنت حساس به اکسیژن است) رنگرزی شده‌اند. این پلیمر هنگام تابش نور، انرژی نوری پربازدهی را جذب کرده، آن را به‌صورت بسته‌های انرژی به رنگ انتقال می‌دهد. این موضوع با ایجاد پدیده‌ی فسفروسنس سبب می‌شود که حسگر جدید ۵ تا ۱۰ برابر درخشان‌تر از حسگرهای اکسیژنی قبلی که مبتنی بر نانوذرات بودند، به نظر برسد. در مقایسه با حسگرهای اکسیژنی مرسوم، نور ساطع‌شده ۱۰۰۰ بار درخشان‌تر است.
حساسیت این ذرات نسبت به اکسیژن باعث شده‌است تا حسگرها در محلولی اشباع‌شده از نیتروژن، در ابتدا با شدت زیاد و به رنگ قرمز ب‌درخشند. در حضور اکسیژن رنگ با آن واکنش داده، خاصیت فسفروسنس کاهش می‌یابد. با فازایش میزان اکسیژن، خاصیت فسفروسنس نیز کاهش بیشتری می‌یابد؛ بنابراین علاوه بر ارتباط درخشندگی با غلظت، دانشمندان توانستند مدت زمان فسفروسنس رنگ را نیز تخمین بزنند، زیرا مدت زمان درخشش یک رنگ وابسته به غلظت اکسیژن است.
حسگر جدید در شناسایی تک ذرات به اندازه‌ی کافی حساس است. از آنجا که نانوذرات به‌راحتی از طریق سلول‌ها جذب می‌شوند، وسیله‌ی ایده‌آلی برای محاسبه‌ی غلظت موضعی اکسیژن در سلول‌ها و بافت‌ها به حساب می‌آیند.
گفتنی است مقاله‌ی نوشته‌ی جیسون مک‌نیل تحت عنوان «حسگرهای نسبت‌سنج اکسیژنی مبتنی بر تک نانوذرات برای استفاده در شبیه‌سازی بیولوژیکی»، در مجله‌ی
Angewandte Chemie International، چاپ ۲۰۰۹، ۴۸، شماره‌ی ۱۵، صفحات ۲۷۴۵-۲۷۴۱ به چاپ رسیده‌است.
