سنجش قند خون به روش غیر‌آنزیمی

در سال‌های اخیر، میزان ابتلا به بیماری دیابت افزایش یافته، در حالی که سن ابتلا به این بیماری در مقایسه با دهه‌های قبل رو به کاهش بوده است. در نتیجه روز‌به‌روز به تعداد جوانانی که به این بیماری مبتلا هستند، افزوده می‌شود. این بیماری از افزایش میزان قند خون ـ به دلیل کمبود ترشح انسولین یا اختلال در فعالیت انسولین ـ ناشی می‌شود.

بررسی های آماری نشان می دهد تعداد بیماران مبتلا به دیابت در سطح دنیا در حال افزایش است و اکنون در سطح دنیا 400 میلیون نفر به این بیماری مبتلا هستند.

با توجه به اهمیت این موضوع، محققان سراسر دنیا در تلاش هستند با تحقیق درباره عملکرد حسگرهای مختلفی که می توان از آنها برای سنجش گلوکز موجود در خون استفاده کرد، روش های جدیدی برای اندازه گیری میزان دقیق قند خون ارائه کنند و بر این اساس، دستگاه های جدیدی را برای اطلاع از میزان قند خون در اختیار مراکز درمانی و بیماران قرار دهند.

حسگرهایی بدون وابستگی به آنزیم ها

گروهی از محققان دانشگاه شهید بهشتی با هدف دستیابی به روشی سریع برای اندازه گیری میزان قند خون در بیماران دیابتی، یک نمونه حسگر غیرآنزیمی طراحی کرده اند که بسیاری از محدودیت هایی را که در عملکرد حسگرهای آنزیمی مورد استفاده در گلوکومترهای معمولی وجود دارد، ندارد.

دکتر رویا صدقی، عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی و از مجریان این طرح تحقیقاتی در گفت وگو با جام جم درباره هدف اصلی طراحی این حسگرهای غیرآنزیمی می گوید: با توجه به وجود عوامل محدودکننده در عملکرد آنزیم ها در حسگرهای آنزیمی، طراحی حسگرهای غیرآنزیمی با هدف از میان برداشتن این محدودیت ها مورد توجه قرار گرفته است. این حسگرها بر عملکرد الکترودهای اصلاح شده مبتنی است. در این حسگرهای زیستی، حساسیت و انتخاب پذیری حسگر به فعالیت الکتروشیمیایی مواد اصلاح کننده سطح الکترود وابسته است. الکترود اصلاح شده نسبت به هر گونه عامل مزاحمی که ممکن است در نمونه خون وجود داشته باشد غیرحساس است و این یکی از مزیت های مهم حسگرهای غیرآنزیمی است.

مجری این طرح تحقیقاتی درباره تفاوت این روش با روش اندازه گیری قند خون در دستگاه های گلوکومتر معمولی می گوید: حسگرهایی که اکنون در بازار وجود دارد، از انواع حسگرهای آنزیمی است. این حسگرها با چند محدودیت مواجه است. یکی از محدودیت های حسگرهای آنزیمی این است که این حسگرها گرانقیمت هستند. از طرف دیگر پاسخ آنزیم ها در مقایسه با تغییرات دمایی متغیر است. این آنزیم ها پاسخ ثابتی ندارند و متناسب با تغییرات دمایی تغییر پیدا می کند.

از سوی دیگر آنزیم ها نسبت به شرایط محیطی و شیمیایی حساس هستند و با تغییر این شرایط، عملکرد آنها دچار محدودیت می شود. در نظر گرفتن محدودیت هایی که آنزیم ها با آن مواجه هستند، می تواند انگیزه ای برای تحقیق درباره حسگرهایی باشد که به آنزیم ها وابسته نبوده، به اصطلاح غیرآنزیمی باشند. این حسگر باید در برابر گلوکز از پاسخی مشابه حسگرهای آنزیمی برخوردار باشد، با این تفاوت که اثری از آنزیم در آن دیده نشود و به عبارت دیگر بتوان آنزیم را از داخل این حسگر حذف کرد. ما در این طرح تحقیقاتی درباره حسگرهایی تحقیق کرده ایم که عملکردشان به آنزیم ها وابسته نیست و غیرآنزیمی هستند.

وی در ادامه تاکید می کند: عملکرد گلوکومترهایی که اکنون در بازار وجود دارد و بسیاری از بیماران از آن استفاده می کنند بر حسگرهای آنزیمی مبتنی است.

یکی از مشکلات این گلوکومترها این است که این دستگاه ها وارداتی است و در کشور ساخته نمی شود. این در حالی است که در کشور ما پتانسیل بالایی برای تحقیق در زمینه ساخت دستگاه هایی با عملکرد مشابه وجود دارد و محققان ما می توانند حسگرهایی بسازند که جایگزین مناسبی برای حسگرهای آنزیمی و به طور کلی گلوکومترهای موجود در بازار باشد. دستیابی به این توانایی در داخل کشور، ما را از واردات بی نیاز می کند و موجب می شود در زمینه ساخت ابزارها و دستگاه های مختلف تشخیصی و درمانی در حوزه پزشکی بی نیاز از دیگر کشورها باشیم.

سنجش دقیق و بدون محدودیت

حسگرهایی که برای اندازه گیری میزان قند خون از آنها استفاده می شود یا به طور کلی حسگرهای گلوکوز به شکلی طراحی شده اند که در آنها Electro activity یا فعالیت الکتریکی الکترودها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

دکتر صدقی ضمن اشاره به این موضوع در توضیح عملکرد حسگرهای غیرآنزیمی طراحی شده برای دستگاه های اندازه گیری میزان قند خون می افزاید: هرچه میزان فعالیت الکتریکی الکترودها بالاتر باشد، میزان حساسیت و پاسخ دهی حسگرها به مراتب بالاتر است.

ما برای از میان برداشتن محدودیت حسگرهای آنزیمی و اصلاح عملکرد الکترودها از الکترودهایی با میزان فعالیت الکتریکی بالاتر مانند نانولوله های کربنی و پوششی از یک پلیمر رسانا استفاده کرده ایم که این پلیمر در برگیرنده نانوذرات طلاست.

نانولوله های کربنی، پلیمر رسانا و نانوذرات طلا از هدایت الکتریکی خوبی برخوردارند. بنابراین وقتی این نانوکامپوزیت در سطح الکترود قرار می گیرد، فعالیت الکتریکی خوبی از خود نشان می دهد که از حساسیت و پاسخ دهی و محدوده پاسخ خطی که یک حسگر باید داشته باشد برخوردار است. منظور از محدوده پاسخ خطی این است که با افزایش غلظت، هدایت الکتریکی به میزان صحیحی افزایش پیدا می کند. در این حسگر غیرآنزیمی از نظر این محدوده پاسخ خطی نیز نتایج خیلی خوبی به دست آمد.

وی درباره دلیل استفاده از نانوذرات طلا در سطح الکترود می گوید: نانوذرات فلزی که برای اکسید کردن گلوکز فعالیت کاتالیستی خوبی از خود نشان می دهند بهترین گزینه برای اصلاح سطح الکترود هستند که در میان انواع فلزات نانوذرات طلا به دلیل هدایت الکتریکی بالا و زیست سازگار بودن در تهیه حسگرهایی که برای سنجش گلوکز کاربرد دارد، مورد استفاده قرار می گیرد.

در انتخاب این پلیمر اندازه نانوذرات طلا و توزیع اندازه آن در حساسیت و انتخاب پذیری بسیار مهم است. برای این که بتوان این نانوذرات را تثبیت و اندازه این ذرات را کنترل کرد، از یک پلیمر هادی استفاده کرده ایم که دارای گروه ها یا هترواتم هایی است که خودشان پایدارکننده نانوذرات طلا هستند و موجب می شوند این نانوذرات در ابعاد مناسب در ساختار نانوکامپوزیت تثبیت شود و در نتیجه می توان پاسخ دهی مناسبی از این حسگر غیرآنزیمی انتظار داشت.

در آزمون های انجام شده روی این روش غیرآنزیمی نانوکامپوزیت های استفاده شده برای اصلاح حسگر از فعالیت الکتروشیمیایی و تکرارپذیری خوبی برای اکسیدکردن گلوکز موجود در نمونه خون برخوردار بوده است.

عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی در پایان تاکید می کند: این طرح در مرحله تحقیقاتی است. ما به طور همزمان روی تعدادی از این سیستم های غیرآنزیمی که عملکرد مشابهی دارند تحقیقاتی انجام داده ایم.

برای ادامه کار از یک سازمان حمایت کننده درخواست کمکی کوچک کرده ایم تا بتوانیم به آنچه در این تحقیقات به آن دست یافته ایم، سر و سامانی بدهیم و در نهایت این طرح را به مقصد برسانیم، اما آنها کوچک ترین حمایتی از ما نداشته اند. کارهای دیگری نیز در این زمینه انجام داده ایم که رو به پایان است.

No tags for this post.