سنجش قند خون به روش غیر‌آنزیمی

بررسی‌های آماری نشان می‌دهد 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 می‌توان از آنها برای سنجش گلوکز موجود در خون استفاده کرد، روش‌های جدیدی برای اندازه‌گیری میزان دقیق قند خون ارائه کنند و بر این اساس، دستگاه‌های جدیدی را برای اطلاع از میزان قند خون در اختیار مراکز درمانی و بیماران قرار دهند.

حسگرهایی بدون وابستگی به آنزیم‌ها

گروهی از محققان دانشگاه شهید بهشتی با هدف دستیابی به روشی سریع برای اندازه‌گیری میزان قند خون در بیماران دیابتی، یک نمونه حسگر غیرآنزیمی طراحی کرده‌اند که بسیاری از محدودیت‌هایی 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 گفت‌وگو با جام‌جم درباره هدف اصلی طراحی این حسگرهای غیرآنزیمی می‌گوید: با توجه به وجود عوامل محدودکننده در عملکرد آنزیم‌ها در حسگرهای آنزیمی، طراحی حسگرهای غیرآنزیمی با هدف از میان برداشتن این محدودیت‌ها مورد توجه قرار گرفته است. این حسگرها بر عملکرد الکترودهای اصلاح شده مبتنی است. در این حسگرهای زیستی، حساسیت و انتخاب‌پذیری حسگر به فعالیت الکتروشیمیایی مواد اصلاح‌کننده 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 مزیت‌های مهم حسگرهای غیرآنزیمی است.

مجری این طرح تحقیقاتی درباره تفاوت این روش با روش اندازه‌گیری قند خون در دستگاه‌های گلوکومتر معمولی می‌گوید: حسگرهایی که اکنون در بازار وجود دارد، از انواع حسگرهای آنزیمی است. این حسگرها با چند محدودیت مواجه است. یکی از محدودیت‌های حسگرهای آنزیمی این است که این حسگرها گرانقیمت هستند. از طرف دیگر پاسخ آنزیم‌ها در مقایسه با تغییرات دمایی متغیر است. این آنزیم‌ها پاسخ ثابتی ندارند و متناسب با تغییرات دمایی تغییر پیدا می‌کند.

از سوی دیگر آنزیم‌ها نسبت به شرایط محیطی و شیمیایی حساس هستند و با تغییر این شرایط، عملکرد آنها دچار محدودیت می‌شود. در نظر گرفتن محدودیت‌هایی که آنزیم‌ها با آن مواجه هستند، می‌تواند انگیزه‌ای برای تحقیق درباره حسگرهایی باشد که به آنزیم‌ها 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 کرده‌ایم که عملکردشان به آنزیم‌ها وابسته نیست و غیرآنزیمی هستند.

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

یکی از مشکلات این گلوکومترها این است که این دستگاه‌ها وارداتی است و در کشور ساخته نمی‌شود. این در حالی است که در کشور ما پتانسیل بالایی برای تحقیق در زمینه ساخت دستگاه‌هایی با عملکرد مشابه وجود دارد و محققان ما می‌توانند 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 بی‌نیاز می‌کند و موجب می‌شود در زمینه ساخت ابزارها و دستگاه‌های مختلف تشخیصی و درمانی در حوزه پزشکی بی‌نیاز از دیگر کشورها باشیم.

سنجش دقیق و بدون محدودیت

حسگرهایی که برای اندازه‌گیری میزان قند خون از آنها استفاده می‌شود یا به طور کلی حسگرهای گلوکوز به شکلی طراحی شده‌اند 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 دستگاه‌های اندازه‌گیری میزان قند خون می‌افزاید: هرچه میزان فعالیت الکتریکی الکترودها بالاتر باشد، میزان حساسیت و پاسخ‌دهی 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 نانولوله‌های کربنی و پوششی از یک پلیمر رسانا استفاده کرده‌ایم که این پلیمر در برگیرنده نانوذرات طلاست.

نانولوله‌های کربنی، پلیمر رسانا و نانوذرات طلا از هدایت الکتریکی خوبی برخوردارند. بنابراین وقتی این نانوکامپوزیت در سطح الکترود قرار می‌گیرد، فعالیت الکتریکی خوبی از خود نشان می‌دهد که از حساسیت و پاسخ‌دهی 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 می‌کند. 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 می‌گوید: نانوذرات فلزی که برای اکسید کردن گلوکز فعالیت کاتالیستی خوبی از خود نشان می‌دهند 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 می‌گیرد.

در انتخاب این پلیمر اندازه نانوذرات طلا و توزیع اندازه آن در حساسیت و انتخاب‌پذیری بسیار مهم است. برای این که بتوان این نانوذرات را تثبیت و اندازه این ذرات را کنترل کرد، از یک پلیمر هادی استفاده کرده‌ایم که دارای گروه‌ها یا هترواتم‌هایی است که خودشان پایدارکننده نانوذرات طلا هستند و موجب می‌شوند این نانوذرات در ابعاد مناسب در ساختار نانوکامپوزیت تثبیت شود و در نتیجه می‌توان پاسخ‌دهی مناسبی از این حسگر غیرآنزیمی انتظار داشت.

در آزمون‌های انجام شده روی این روش غیرآنزیمی نانوکامپوزیت‌های 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 می‌کند: این طرح در مرحله تحقیقاتی است. ما به طور همزمان روی تعدادی از این سیستم‌های غیرآنزیمی که عملکرد مشابهی دارند تحقیقاتی انجام داده‌ایم.

برای ادامه کار از یک سازمان حمایت‌کننده درخواست کمکی کوچک کرده‌ایم تا بتوانیم به آنچه در این تحقیقات به آن دست یافته‌ایم، سر و سامانی بدهیم و در نهایت این طرح را به مقصد برسانیم، اما آنها کوچک‌ترین حمایتی از ما نداشته‌اند. کارهای دیگری نیز در این زمینه انجام داده‌ایم که رو به پایان است.

فرانک فراهانی‌جم‌‌‌

‌‌‌ گروه دانش