طراحی بینی الکترونیکی برای استشمام بیماری‌ها

در سال ۲۰۱۷ بود که دانشمندان یک بینی الکترونیکی ابداع کردند که می‌توانست بوی بیماری‌ها را حس کند. اکنون دانشمندان دانشگاه «ماساچوست آمهرست» (Massachusetts Amherst) نانوسیمی ۱۰ هزار برابر نازک‌تر از موی انسان تولید کرده‌اند که می‌تواند به شکلی ارزان توسط باکتری‌های معمولی رشد داده شود و مجموعه وسیعی از ردیاب‌های شیمیایی را بو بکشد.

بر اساس بیانیه مطبوعاتی این دانشگاه، این دستگاه حتی می‌تواند بو‌هایی را که توسط افراد مبتلا به طیف گسترده‌ای از شرایط پزشکی مانند آسم و بیماری کلیوی منتشر می‌شود نیز تشخیص دهد.
نظارت بر مشکلات سلامتی

این نانوسیم‌های تنظیم‌شده مخصوص را می‌توان روی حسگر‌های کوچک و پوشیدنی ترکیب کرد تا به ابزاری بی‌سابقه برای نظارت بر عوارض بالقوه سلامت تبدیل شود.

این نوآوری توسط نویسندگان ارشد این مطالعه جدید به نام درک لاولی استاد برجسته میکروبیولوژی در ماساچوست آمهرست و جون یائو استاد مهندسی برق و کامپیوتر در کالج مهندسی این دانشگاه ابداع شده که بر اساس عملکرد بینی انسان طراحی شده است.

یائو می‌گوید: بینی انسان صد‌ها گیرنده دارد که هر کدام به یک مولکول خاص حساس هستند. آن‌ها بسیار حساس‌تر و کارآمدتر از هر وسیله مکانیکی یا شیمیایی هستند که بتوان مهندسی کرد. ما به دنبال این بودیم که چگونه می‌توانیم به جای تکیه بر مواد مصنوعی، از خود طرح بیولوژیکی استفاده کنیم.

محققان برای انجام این کار از یک باکتری به نام Geobacter sulfurreducens استفاده کردند که توانایی طبیعی رشد نانوسیم‌های رسانای الکتریکی را دارد. آن‌ها سپس اقدام به ویرایش ژنتیکی آن کردند.

لاولی می‌گوید: کاری که ما انجام داده‌ایم این است که «ژن نانوسیم» موسوم به پیلین را از G. sulfurreducens خارج کردیم و آن را به DNA «اشریشیا کلی»، یکی از گسترده‌ترین باکتری‌ها در جهان متصل کردیم.

لاولی، یائو و گروه همکارشان سپس این طرح را بیشتر اصلاح کردند تا شامل یک پپتید خاص به نام DLESFL شود که به آمونیاک بسیار حساس است. آمونیاک یک ماده شیمیایی است که اغلب در تنفس افراد مبتلا به بیماری کلیوی وجود دارد.

یاسر لکباخ نویسنده ارشد این مطالعه و پژوهشگر فوق دکترا در رشته میکروبیولوژی در آمهرست می‌گوید: تغییر ژنتیکی نانوسیم‌ها باعث شد که آن‌ها ۱۰۰ برابر بیشتر از آنچه در ابتدا بودند، به آمونیاک واکنش نشان دهند.

او افزود: نانوسیم‌های تولید شده توسط میکروب به‌عنوان حسگر بسیار بهتر از حسگر‌هایی که قبلاً با نانوسیم‌های سیلیکونی یا فلزی ساخته شده‌اند، عمل می‌کنند.
کاربرد‌های بی‌شمار

این حسگر‌های جدید کاربرد‌های زیادی فراتر از تشخیص آمونیاک و بیماری کلیوی دارند.

توشیوکی یوکی از نویسندگان این مطالعه و پژوهشگر رشته میکروبیولوژی در آمهرست می‌گوید که امکان طراحی پپتید‌های منحصر به فرد وجود دارد که هر کدام به طور خاص به یک مولکول دلخواه متصل شوند.

او افزود: بنابراین با شناسایی مولکول‌های قابل ردیابی بیشتری که از بدن ساطع می‌شوند و مختص یک بیماری خاص هستند، می‌توانیم حسگر‌هایی بسازیم که صد‌ها نانوسیم مختلف را برای کنترل انواع شرایط سلامتی در خود جای می‌دهند.