محققان دانشگاه تهران در تحقیقی که مورد حمایت تشویقی مقالات ISI ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری قرار گرفته است، موفق به ساخت حسگری شدند که قادر به تعیین میزان قندخون بیماران دیابتی به کمک اندازه‌گیری غلظت استون از بازدم آن‌هاست.
به گزارش مرکز روابط عمومی و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، مراحل ساخت این حسگر ساده بوده و قدرت تشخیص و حساسیت بالایی دارد. استفاده از این حسگر سبب کاهش هزینه‌های تشخیصی و زمان آزمایش‌های مربوطه می‌شود.
بر اساس این گزارش، بخش عمده‌ای از هوای بازدم انسان شامل نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن، آب و گازهای بی اثر است. با این حال، تعدادی گازهای فرار معمولی همچون استون، اتان و اتانول نیز در آن وجود دارد. تحقیقات نشان داده که میزان اتانول و استون بازدم رابطه زیادی با مقدار قند خون دارد. میانگین غلظت استون در بازدم یک انسان سالم 0/35 تا 0/85 ppm است.
این میزان در افراد دیابتی به بیش از 2 تا 2/5 ppm می‌رسد. در این کار نیز ساخت حسگری جهت اندازه‌گیری میزان غلظت استون بازدم بیمار و تشخیص سریع بیماری دیابت مورد توجه و تحقیق قرار گرفته است.
به گفته احسان نیکان، کارشناس ارشد مهندسی شیمی، این حسگر با قابلیت آشکارسازی مداوم استون و در نتیجه قند خون می‌تواند در کنترل قند خون بیماران دیابتی به عنوان یکی از اجزای اصلی پانکراس مصنوعی، مورد استفاده قرار گیرد.
وی توضیح داد: حساسیت بالا و زمان پاسخ مناسب به گاز استون با غلظت بین 0/5 تا 5 ppm که در محدوده استون بازدم بیماران دیابتی است، از ویژگی‌های اصلی این حسگر به شمار می‌آید. قدرت تشخیص حسگر ساخته شده در حضور رطوبت و اتانول مورد بررسی قرار گرفته است.
این محقق بیان کرد: در ساخت این حسگر از نانوکامپوزیت اکسید فلزی نیمه رسانای دی اکسید قلع (SnO2) و نانولوله‌های کربنی استفاده شده است. کاربرد این دستاورد می‌تواند جایگزین بسیار مناسبی برای روش‌های موجود تعیین استون و یا قند خونی باشد که در مقایسه، درد بیشتر و برخی دقت کمتری دارند. علاوه بر آن توانایی آن در آشکارسازی استون در غلظت‌های بسیار پایین موجب تشخیص زودهنگام بیماری و کنترل پیشرفت آن می‌شود.
نیکان در خصوص دلیل انتخاب مواد به کار رفته در ساخت حسگر عنوان کرد: اکسیدهای فلزی نیمه هادی مواد امیدبخشی برای کاربرد در آزمایش‌های تشخیصی بازدم هستند. در این میان، دی اکسیدقلع به دلیل خواص مطلوبی چون حساسیت بالا و پایداری شیمیایی، توجه زیادی دریافت کرده است. با این حال، گزینش پذیری ضعیف و درجه حرارت مطلوب بالا، از محدودیت‌های به‌کارگیری آن در ساخت حسگرهای پزشکی است. جهت غلبه بر این مشکل از ترکیب آن با مواد مختلفی چون پلاتین، طلا و نانولوله‌های کربنی استفاده می‌شود.
به گفته این محقق، حضور نانولوله‌های کربنی در ساختار ماده، ظرفیت و توانایی جذب سطحی دی‌اکسید قلع برای گاز هدف (استون) را افزایش داده است. لذا هنگامی که استون روی سطح ماده حساس نیمه رسانا جذب شیمیایی شود، در اثر واکنش با یون‌های اکسیژن، الکترون بیشتری به ماده حساس منتقل می‌شود. در نتیجه غلظت الکترون‌ها افزایش یافته و با کاهش مقاومت، پاسخ حسگر افزایش می‌یابد.
این تحقیقات با همکاری سارا صالحی، احسان نیکان، دکتر عباسعلی خدادادی و دکتر یداله مرتضوی، اعضای هیأت علمی دانشگاه تهران، صورت گرفته که نتایج آن در مجله Sensors and Actuators B: Chemical (جلد 205، سال 2014، صفحات 261 تا 267) به چاپ رسیده است.
علاقه‌مندان برای استفاده از حمایت تشویقی ستاد توسعه و فناوری نانو می‌توانند به صفحه حمایت تشویقی مقالات ISI مراجعه کنند.