نانوحسگرهایی برای تشخیص دیابت از طریق تنفس

[سونای]

محققان مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته کره جنوبی (KAIST) جهت حداکثر کردن پاسخ نوع خاصی از حسگرهای ترکیبات آلی فرار (VOCs)، روی روشی برای اصلاح ساختارهای یک‌بعدی (نانوالیاف اکسید قلع) تمرکز کرده‌اند. دوو کیم و همکارانش از مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته کره جنوبی (KAIST) جهت حداکثر کردن پاسخ نوع خاصی از حسگرهای ترکیبات آلی فرار (VOCs)، روی روشی برای اصلاح ساختارهای یک‌بعدی (نانوالیاف اکسید قلع) تمرکز کرده‌اند. آنها نشان داده‌اند که در صورت بهینه کردن مورفولوژی و میکروساختار اکسید قلع، این حسگرهای مقاومت شیمیایی، بعنوان حسگرهای VOCs می‌توانند غلظت‌های بسیار کمی از استون را شناسایی کنند.

بازدم انسان حاوی تعدادی ترکیبات آلی فرار است. تشخیص دقیق نوعی خاصی از VOC (به عنوان مثال یک نشانگرزیستی یک بیماری خاص) در بازدم، اطلاعات مفیدی برای تشخیص بیماری‌های مختلف ارائه می‌دهد. برای مثال، استون، H2S، آمونیاک و تولوئن به ترتیب نشانه‌هایی از وجود دیابت، بوی بد دهان، اختلال در عملکرد کلیه و سرطان ریه است. هنگامی که حسگرهای مقاومت شیمیایی در معرض اکسیداسیون یا احیاء گازهای ردیابی‌شونده قرار می‌گیرند، مقاومت حسگر به‌صورت تابعی از دما تغییر می‌کند. تغییر مقاومت حسگر در اثر تغییر غلظت گاز ردیابی‌شونده نیز اتفاق می‌افتد. چالش‌برانگیزترین موضوع در زمینه استفاده از حسگرهای مقاومت شیمیایی در تشخیص بیماری‌ها، گزینش‌پذیری آنها نسبت به یک گاز خاص است. کیم توضیح داد: «این ابداع نشان‌دهنده راندمان بالای نانوالیاف متخلخل SnO2 شامل چندین لوله نازک هم محور است. این آرایش منحصر به‌فرد، با نسبت سطح به حجم بالا و ساختار داخلی متخلخل، می‌تواند چندین لایه حس‌کننده را در یک لیف در دسترس، بطور موثر و سریع به وجود آورد.»
حسگرهای فوق‌سریع استون، برای تشخیص دیابت، با استفاده از نانوالیاف دیواره نازک آرایش یافته SnO2 که با نانوذرات پلاتین عامل‌دار شده‌اند. این حسگر، استون را با دقت حدود 0.1 ppm (هشت برابر کمتر از حد دقت مورد نیاز برای تشخیص دیابت) شناسایی می‌کند. این نتیجه بهترین عملکرد را میان حسگرهای SnO2 که تاکنون گزارش شده است، دارد. کیم اضافه کرد: «نتایج ما، چشم‌انداز مثبتی در استفاده از این ماده در حسگرهای بازدمی برای تشخیص دیابت پدیدار ساخته است. همچنین ما توانستیم با رسوب نانوذرات پلاتین بر روی سطح لوله‌های هم محور و بسیارنازک SnO2، زمان پاسخ‌دهی را به مقدار آشکاری تا کمتر از 20 ثانیه کاهش دهیم.» این پژوهشگران الیاف جدار نازک SnO2 (که از نانولوله‌های چین‌دار SnO2 ساخته شده‌اند) را با استفاده از الکتروریسندگی و جدایش کنترل شده میان فازهای غنی از ماده اولیه و غنی از پلیمر تولید کردند.
هنگامی که محلول‌هایی با ثابت دی الکتریک بالا و حاوی پلیمر، تحت ده‌ها هزار ولت، از یک سوزن باریک تزریق می‌شوند، جت مایع بر روی صفحه‌ای کشیده شده و به شکل الیاف پلیمری جامد درمی‌آیند. در این مورد خاص، این پژوهشگران به پدیده جالبی با عنوان جدایش میکرو فاز بین پلیمرها و سایر مواد محلول پی برده‌اند.
از ویژگی‌های اصلی پدیده جدایش میکروفاز، امکان تولید الیاف با شکل نامنظم مانند نوع گره خورده و توخالی است که این مساله در کاربردهای خاص مانند زمانی که مساحت سطح زیادی مورد نیاز است، مفید است. چراکه به عنوان مثال، رفتار جدایش فاز بین پیش ماده قلع و پلیمر می‌تواند تخلخل الیاف SnO2 را در حین عملیات حرارتی، در زمانی که پلیمر می‌سوزد و حفره‌های خالی بین کریستال‌های SnO2 باقی می‌گذارد، افزایش دهد. این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Advanced Functional Materials منتشر کرده‌اند.



منبع: ایسنا