با طراحی یک حسگر؛
به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، همکاری پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی علوم و تحقیقات، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای و دانشگاه صنعتی شریف دستاورد طراحی حسگر‌های جدید، سریع و با درستی بالا برای مقادیر بسیار کم دوپامین را به همراه داشت که برای موارد تشخیص پزشکی و صنایع داروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مجتبی باقرزاده، دانشیار رشته شیمی تجزیه پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای درباره لزوم انجام این طرح پژوهشی و دستاورد‌های آن گفت: «در این کار تحقیقاتی نانوکامپوزیتی جدید بر پایه ترکیب تیتانیا- سریای اصلاح‌شده با نقاط کوانتومی گرافنی، با هدف بهبود خواص الکتریکی و نوری آن تهیه شد. نانوکامپوزیت تهیه شده برای ساخت حسگر دوپامین استفاده شد و پاسخ‌های فتوالکتروشیمیایی در مقایسه با پاسخ الکتروشیمیایی، مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصله، کارایی عالی حسگر طراحی‌شده در اندازه‌گیری سریع و با درستی بالای دوپامین به روش جدید فتوالکتروشیمیایی را نشان می‌داد.»
وی ادامه داد: «هدف اصلی از این پروژه تحقیقاتی، پاسخ‌پذیرکردن نانوکامپوزیت حاوی نقاط کوانتومی گرافنی به نور مرئی بود. در صورت محقق‌شدن این هدف، نانوذرات حاصله می‌توانستند برای ساخت و طراحی حسگر‌های فتوالکتریک در ناحیه نور مرئی استفاده شوند. بدین منظور نیز زیست‌مولکول دوپامین به عنوان نمونه برای تست کارایی حسگر انتخاب شد. نتایج حاصله نشان داد که نانوکامپوزیت تهیه‌شده دارای خواص الکتریکی عالی بوده و گپ انرژی آن به ناحیه مرئی منتقل شده است.»
باقرزاده تصریح کرد: «در صورت تجاری‌سازی حسگر طراحی شده برای مقاصد اندازه‌گیری مقادیر ناچیز دوپامین در نمونه‌های خون و ادرار، می‌توان از آن برای ساخت کیت‌های آزمایشگاهی تشخیص استفاده نمود. به این منظور باید اعتبارسنجی حسگر طراحی‌شده با استفاده از این نانوکامپوزیت، انجام شود. همچنین توسعه روش فتوالکتروشیمیایی در اندازه‌گیری زیست‌مولکول‌ها و زیست‌نشانگر‌هایی که در تشخیص پزشکی از اهمیت زیادی برخوردار هستند، نظیر زیست‌نشانگر‌های DNA می‌تواند به عنوان طرح‌های آتی در نظر گرفته شود. در حال حاضر اندازه‌گیری این زیست‌نشانگر‌ها به روش‌های گران‌قیمتی انجام می‌شود.»
محقق پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای درباره این نوآوری در کشور گفت: «محققین مختلف در سال‌های اخیر در کشور‌های برزیل، چین و دانمارک در حال توسعه این روش جدید برای ساخت حسگر فتوالکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری دوپامین هستند. اما سنتز و کاربرد این نانوکامپوزیت کاملاً جدید است. ویژگی‌های نوآورانه این کار در طراحی نانوکامپوزیت تهیه شده بود که امکان به کارگیری آن را در ساخت حسگر فتوالکتروشیمیایی مهیا می‌ساخت. به‌علاوه حسگر ساخته شده، دامنه خطی وسیع‌تری با حساسیت بالاتری را نسبت به سایر حسگر‌های مشابه گزارش شده تاکنون برای دوپامین ایجاد می‌کرد.»
نتایج این تحقیق نشان داده که الکترود تهیه شده با استفاده از نانوکامپوزیت جدید در این کار، پاسخ فتوالکتروشیمیایی عالی به مولکول دوپامین نشان می‌دهد. در شرایط بهینه، حسگر طراحی‌شده توانایی اندازه‌گیری دوپامین را به روش فتوالکتروشیمیایی در رنج خطی ۳/۰ تا ۷۵۰ میکرومولار دوپامین داشته که از نظر حساسیت، ۸/۲ برابر حساسیت بیشتر و ۱۰ برابر حد تشخیص پایین‌تری نسبت به روش الکتروشیمیایی اندازه‌گیری دوپامین نشان داده است. نتایج حاصله بیانگر دستیابی به روشی جدید بر مبنای روش فتوالکتروشیمیایی بوده که نسبت به روش الکتروشیمیایی، ساده‌تر، سریع‌تر و از نظر کاری نیاز کمتری به مهارت آزمایشگر دارد.
باقرزاده درباره مکانیزم نانوفناوری این پژوهش گفت: «به کارگیری نقاط کوانتومی گرافنی و ترکیب‌کردن آن با نانوکامپوزیت تیتانیا- سریا در نسبت‌های بهینه، سبب به‌وجودآمدن یک اثر هم‌افزایی در نانوکامپوزیت نهایی می‌شود که هم‌زمان هدایت الکتریکی را افزایش و بندگپ ترکیب را کاهش داده تا در محدوده نور مرئی دارای فعالیت فتوالکتریک و فتوالکتروشیمیایی شود.»
نتایج حاصله می‌تواند در طراحی حسگر‌های جدید، سریع و با درستی بالا برای مقادیر بسیار کم دوپامین در موارد تشخیص پزشکی و همچنین در صنایع داروسازی مورد استفاده قرار گیرد.
این کار پژوهشی با همکاری نسرین احمدی فارغ التحصیل مقطع دکتری رشته مهندسی مواد دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات و مجتبی باقرزاده، دانشیار رشته شیمی تجزیه پژوهشگاه علوم وفنون هسته‌ای به عنوان نویسنده مسئول و علی نعمتی، استاد رشته مهندسی مواد دانشگاه صنعتی شریف به عنوان نویسنده مسئول دوم انجام شده و در قالب مقاله‌ای با عنوان Comparison between electrochemical and photoelectrochemical detection of dopamine based on titania-ceria-graphene quantum dots nanocomposite در مجله BIOSENSORS & BIOELECTRONICS با ضریب تأثیر ۹٫۵۱۸ (سال ۲۰۲۰) به چاپ رسیده است.
وی ادامه داد: «هدف اصلی از این پروژه تحقیقاتی، پاسخ‌پذیرکردن نانوکامپوزیت حاوی نقاط کوانتومی گرافنی به نور مرئی بود. در صورت محقق‌شدن این هدف، نانوذرات حاصله می‌توانستند برای ساخت و طراحی حسگر‌های فتوالکتریک در ناحیه نور مرئی استفاده شوند. بدین منظور نیز زیست‌مولکول دوپامین به عنوان نمونه برای تست کارایی حسگر انتخاب شد. نتایج حاصله نشان داد که نانوکامپوزیت تهیه‌شده دارای خواص الکتریکی عالی بوده و گپ انرژی آن به ناحیه مرئی منتقل شده است.»
باقرزاده تصریح کرد: «در صورت تجاری‌سازی حسگر طراحی شده برای مقاصد اندازه‌گیری مقادیر ناچیز دوپامین در نمونه‌های خون و ادرار، می‌توان از آن برای ساخت کیت‌های آزمایشگاهی تشخیص استفاده نمود. به این منظور باید اعتبارسنجی حسگر طراحی‌شده با استفاده از این نانوکامپوزیت، انجام شود. همچنین توسعه روش فتوالکتروشیمیایی در اندازه‌گیری زیست‌مولکول‌ها و زیست‌نشانگر‌هایی که در تشخیص پزشکی از اهمیت زیادی برخوردار هستند، نظیر زیست‌نشانگر‌های DNA می‌تواند به عنوان طرح‌های آتی در نظر گرفته شود. در حال حاضر اندازه‌گیری این زیست‌نشانگر‌ها به روش‌های گران‌قیمتی انجام می‌شود.»
محقق پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای درباره این نوآوری در کشور گفت: «محققین مختلف در سال‌های اخیر در کشور‌های برزیل، چین و دانمارک در حال توسعه این روش جدید برای ساخت حسگر فتوالکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری دوپامین هستند. اما سنتز و کاربرد این نانوکامپوزیت کاملاً جدید است. ویژگی‌های نوآورانه این کار در طراحی نانوکامپوزیت تهیه شده بود که امکان به کارگیری آن را در ساخت حسگر فتوالکتروشیمیایی مهیا می‌ساخت. به‌علاوه حسگر ساخته شده، دامنه خطی وسیع‌تری با حساسیت بالاتری را نسبت به سایر حسگر‌های مشابه گزارش شده تاکنون برای دوپامین ایجاد می‌کرد.»
نتایج این تحقیق نشان داده که الکترود تهیه شده با استفاده از نانوکامپوزیت جدید در این کار، پاسخ فتوالکتروشیمیایی عالی به مولکول دوپامین نشان می‌دهد. در شرایط بهینه، حسگر طراحی‌شده توانایی اندازه‌گیری دوپامین را به روش فتوالکتروشیمیایی در رنج خطی ۳/۰ تا ۷۵۰ میکرومولار دوپامین داشته که از نظر حساسیت، ۸/۲ برابر حساسیت بیشتر و ۱۰ برابر حد تشخیص پایین‌تری نسبت به روش الکتروشیمیایی اندازه‌گیری دوپامین نشان داده است. نتایج حاصله بیانگر دستیابی به روشی جدید بر مبنای روش فتوالکتروشیمیایی بوده که نسبت به روش الکتروشیمیایی، ساده‌تر، سریع‌تر و از نظر کاری نیاز کمتری به مهارت آزمایشگر دارد.
باقرزاده درباره مکانیزم نانوفناوری این پژوهش گفت: «به کارگیری نقاط کوانتومی گرافنی و ترکیب‌کردن آن با نانوکامپوزیت تیتانیا- سریا در نسبت‌های بهینه، سبب به‌وجودآمدن یک اثر هم‌افزایی در نانوکامپوزیت نهایی می‌شود که هم‌زمان هدایت الکتریکی را افزایش و بندگپ ترکیب را کاهش داده تا در محدوده نور مرئی دارای فعالیت فتوالکتریک و فتوالکتروشیمیایی شود.»
نتایج حاصله می‌تواند در طراحی حسگر‌های جدید، سریع و با درستی بالا برای مقادیر بسیار کم دوپامین در موارد تشخیص پزشکی و همچنین در صنایع داروسازی مورد استفاده قرار گیرد.
این کار پژوهشی با همکاری نسرین احمدی فارغ التحصیل مقطع دکتری رشته مهندسی مواد دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات و مجتبی باقرزاده، دانشیار رشته شیمی تجزیه پژوهشگاه علوم وفنون هسته‌ای به عنوان نویسنده مسئول و علی نعمتی، استاد رشته مهندسی مواد دانشگاه صنعتی شریف به عنوان نویسنده مسئول دوم انجام شده و در قالب مقاله‌ای با عنوان Comparison between electrochemical and photoelectrochemical detection of dopamine based on titania-ceria-graphene quantum dots nanocomposite در مجله BIOSENSORS & BIOELECTRONICS با ضریب تأثیر ۹٫۵۱۸ (سال ۲۰۲۰) به چاپ رسیده است.
ارسال نظرات