جذب ویروس از هوای نازک: حسگرهای قابل حمل برای تشخیص COVID-19 و ویروس های دیگر

آینده می تواند حسگرهای قابل حمل و پوشیدنی را برای شناسایی ویروس ها و باکتری ها در محیط اطراف داشته باشد. اما ما هنوز آنجا نیستیم. دانشمندان دانشگاه توهوکو برای دهه ها در حال مطالعه موادی بوده اند که می توانند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی یا مغناطیسی تبدیل کنند و بالعکس. آنها به اتفاق همكاران خود در زمينه تلاشهاي اخير در استفاده از اين مواد براي ساختن زيست حسگرهاي كاربردي ، نظري را در ژورنال Advanced Materials منتشر كردند.

مهندس مواد دانشگاه توهوکو ، فومیو ناریتا ، می گوید: “تحقیقات در مورد بهبود عملکرد سنسورهای ویروس در سالهای اخیر پیشرفت چندانی نداشته است.” “هدف از بررسی ما این است که به محققان جوان و دانشجویان تحصیلات تکمیلی کمک کند تا آخرین پیشرفت را برای راهنمایی کارهای آینده خود در جهت بهبود حساسیت حسگر ویروس درک کنند.”

مواد پیزوالکتریک مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. آنتی بادی هایی که با یک ویروس خاص ارتباط برقرار می کنند را می توان روی الکترود قرار داده شده روی مواد پیزوالکتریک قرار داد. هنگامی که ویروس هدف با آنتی بادی ها ارتباط برقرار می کند ، باعث افزایش جرم می شود که فرکانس جریان الکتریکی در داخل ماده را کاهش می دهد و وجود آن را نشان می دهد. این نوع سنسور در حال کشف چندین ویروس از جمله ویروس پاپیلومای انسانی ایجادکننده سرطان دهانه رحم ، HIV ، آنفلوانزای A ، ابولا و هپاتیت B است.

مواد مغناطیسی تکان دهنده مکانیکی را به انرژی مغناطیسی و بالعکس تبدیل می کنند. این موارد برای سنجش عفونت های باکتریایی ، از قبیل حصبه و تب خوکی ، و برای شناسایی هاگ سیاه زخم بررسی شده است . آنتی بادی های کاوشگر بر روی یک تراشه بیوسنسور قرار می گیرند که روی ماده مغناطیسی قرار گرفته و سپس یک میدان مغناطیسی اعمال می شود. اگر آنتی ژن مورد نظر با آنتی بادی ها ارتباط برقرار کند ، جرم به مواد اضافه می کند و منجر به تغییر شار مغناطیسی می شود که با استفاده از “سیم پیچ وانت” سنجش می شود.

ناریتا می گوید که پیشرفت های انجام شده در هوش مصنوعی و مطالعات شبیه سازی می تواند به یافتن مواد پیزوالکتریک و مغناطیسی بسیار حساس برای تشخیص ویروس ها و سایر عوامل بیماری زا کمک کند. مواد آینده می توانند بدون سیم پیچ ، بی سیم و نرم باشند و امکان ترکیب آنها در پارچه ها و ساختمان ها را فراهم می کند.

دانشمندان حتی در حال بررسی چگونگی استفاده از این مواد و مواد مشابه برای شناسایی SARS-CoV-2 ، ویروس عامل COVID-19 ، در هوا هستند. این نوع سنسورها می توانند در سیستم های تهویه حمل و نقل زیرزمینی استفاده شوند ، به عنوان مثال ، برای نظارت بر گسترش ویروس در زمان واقعی. حسگرهای پوشیدنی همچنین می توانند افراد را از یک محیط حاوی ویروس دور کنند.

ناریتا می گوید: “دانشمندان هنوز نیاز به ایجاد حسگرهای موثر و قابل اطمینان برای تشخیص ویروس ، با حساسیت و دقت بالاتر ، اندازه و وزن کم و مقرون به صرفه بودن قبل از استفاده در برنامه های خانگی یا لباس های هوشمند دارند.” “این نوع حسگر ویروس با پیشرفت بیشتر در علم مواد و پیشرفت تکنولوژی در هوش مصنوعی ، یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل داده ها ، به واقعیت تبدیل می شود.”