ساخت نانوزیست حسگر مبتنی بر گرافن برای شناسایی بیماری‌ها‌

یک تیم بین رشته‌ای از پژوهشگران دانشگاه منچستر، سیستم آزمایش جدیدی مبتنی بر گرافن (یک نانوماده ساخته‌شده از کربن که فقط یک اتم ضخامت دارد) برای شناسایی آنتی‌بادی‌ مربوط به بیماری‌ها ایجاد کرده‌اند. در ابتدا این سیستم آزمایشی برای آنتی‌بادی‌های مرتبط با یک بیماری کلیوی به‌نام نفروپاتی غشایی مورد استفاده قرار گرفت.

در حال ‌حاضر این نانوزیست حسگر ‌جدید، براساس اصل میکروترازوی کریستال کوارتز (QCM) همراه ‌با یک رابط زیستی مبتنی بر گرافن، گزینه‌ای ارزان، سریع، ساده و حساس برای آزمایش‌های آنتی‌بادی موجود ‌می‌دهد. دکتر آراوند ویجایاراغاوان، از دانشگاه منچستر و پژوهشگر اصلی این مطالعه، می‌گوید:

تحقیقات ما این امکان را ایجاد می‌کند که آزمایش آنتی‌بادی برای انواع بیماری‌های مختلف در مراکز درمانی مانند کلینیک‌های عمو‌می به‌سادگی قابل انجام باشد.

پژوهشگران در ابتدا مطالعه خود را از مکانیسم و چگونگی جذب مولکول‌های زیستی (مانند پروتئین‌ها و لیپیدها) روی سطح انواع مختلف مواد گرافن مانند اکسید گرافن و اکسید گرافن کاهش‌یافته آغاز کردند که این ترکیبات با درجات مختلف اصلاح شیمیایی ماده گرافن اولیه مشخص ‌می‌شوند.

بر اساس این مطالعه، آن‌ها روشی برای تشکیل یک لایه پروتئین روی گرافن ایجاد کردند که ‌می‌تواند برای شناسایی آنتی‌بادی‌ها، با مولکول‌های گیرنده خاص عامل‌دار شود. این گیرنده‌ها به‌طور اختصاصی عمل می‌کنند و این اطمینان را ایجاد ‌می‌کنند که فقط آنتی‌بادی مد نظر به سطح گرافن متصل ‌می‌شود و نه چیز دیگری.

زمانی‌که این گرافن با رابط زیستی با استفاده از یک سیستم میکرو ترازوی کریستال کوارتز در حال توسعه بود، پژوهشگران این مطالعه دریافتند برای تبدیل شدن آن به یک حسگر آزمایش آنتی‌بادی که بتواند به‌طور گسترده دردسترس قرار گیرد، به کارگیری یک ابزار خوانش به‌عنوان جایگزین برای میکرو ترازوی کریستال کوارتز ضروری است.

دکتر دانیل ملندرز، یکی از همکاران این پروژه در دانشگاه منچستر می‌گوید: «یک سیستم تجاری QCM ‌می‌تواند بیش از ۵۰ هزار پوند هزینه داشته باشد و نمی‌تواند به‌طور گسترده دردسترس کلینیک‌های عمومی و آزمایشگاه‌ها قرار گیرد. بنابراین ما با استفاده از قطعات ساخته‌شده با چاپگر سه‌بعدی و مدارهای الکترونیکی طراحی‌شده توسط گروه پژوهشی، یک سیستم سفارشی QCM مبتنی بر تکنولوژی منبع باز ساختیم که ۱۰۰ برابر هزینه کمتری نسبت به نوع تجاری دارد. با استفاده از حسگر ارزان و کوچک ساخته‌شده در این پروژه، یک کارشناس آزمایشگاهی ‌می‌تواند قطره کوچکی از نمونه را روی سیستم آزمایشی قرار دهد تا واکنش تشخیصی روی تراشه روکش‌شده با گرافن انجام شود. نتیجه آزمایش با این حسگر در کمتر از ۱۰ دقیقه قابل مشاهده خواهد بود.

در آینده این گروه پژوهشی قصد دارد آزمایش خود را برای طیف وسیعی از بیماری‌های خودایمنی (بیماری‌هایی که سیستم ایمنی به بافت‌های خود بدن حمله ‌می‌کند) مانند بیماری سلیاک توسعه دهد. این سیستم همچنین ‌می‌تواند برای آزمایش آنتی‌بادی‌های مرتبط با پروتئین‌های خارجی یا عفونت‌های ویروسی مانند کووید ۱۹ سازگار شود و مورد استفاده قرار گیرد. پژوهشگران این گروه معتقدند با توجه‌ به هزینه کم، انجام سریع و ساده و همچنین حساسیت بالای حسگر، این سیستم آزمایشی برای استقرار در مقیاس وسیع در پاسخ به بیماری‌های همه‌گیر در جهان گزینه ایده‌آلی به شمار می‌آید و به‌طور خاص، این سیستم ظرفیت قابل توجهی برای به‌کارگیری در مراکز پزشکی کشورهایی با درآمد متوسط و کم و محروم از امکانات پیشرفته دارد.

نتایج این مطالعه که توسط گروه بزرگی از پژوهشگران دانشگاه منچستر شامل دانشمندان دپارتمان مواد، انستیتوی ملی گرافن و دانشکده زیست‌شناسی و پزشکی و بهداشت انجام شد، در غالب دو مقاله در مجلات ACS Sensors و Carbon منتشر شده ‌است.