مجتمع مستقبلي مقترح. الائتمان: جامعة توهوكو
يمكن أن يحمل المستقبل أجهزة استشعار محمولة وقابلة للارتداء للكشف عن الفيروسات والبكتيريا في البيئة المحيطة. لكننا لم نصل إلى هناك بعد. عكف العلماء في جامعة توهوكو على دراسة المواد التي يمكن أن تتحول الميكانيكية إلى طاقة كهربائية أو مغناطيسية ، والعكس بالعكس ، على مدى عقود. جنبا إلى جنب مع زملائهم ، نشروا مراجعة في مجلة Advanced Materials حول أحدث المساعي لاستخدام هذه المواد لتصنيع أجهزة استشعار حيوية وظيفية.
يقول مهندس المواد بجامعة توهوكو فوميو ناريتا: “لم تتقدم الأبحاث المتعلقة بتحسين أداء أجهزة استشعار الفيروسات كثيرًا في السنوات الأخيرة”. “تهدف مراجعتنا إلى مساعدة الباحثين الشباب وطلاب الدراسات العليا على فهم التقدم الأخير لتوجيه عملهم المستقبلي لتحسين حساسية أجهزة استشعار الفيروسات.”
تحول المواد الكهرضغطية الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يمكن وضع الأجسام المضادة التي تتفاعل مع فيروس معين على قطب كهربائي مدمج في مادة كهرضغطية. عندما يتفاعل الفيروس المستهدف مع الأجسام المضادة ، فإنه يتسبب في زيادة الكتلة التي تقلل من تواتر التيار الكهربائي الذي يمر عبر المادة ، مما يشير إلى وجودها. يتم فحص هذا النوع من أجهزة الاستشعار للكشف عن العديد من الفيروسات ، بما في ذلك فيروس الورم الحليمي البشري المسبب لسرطان عنق الرحم وفيروس نقص المناعة البشرية والإنفلونزا أ والإيبولا والتهاب الكبد ب.
تحول المواد المغناطيسية إلى طاقة مغناطيسية والعكس صحيح. تم فحصها لاستشعار العدوى البكتيرية ، مثل التيفوئيد وحمى الخنازير ، وللكشف عنها الجمرة الخبيثة جراثيم. يتم تثبيت الأجسام المضادة المجسّة على شريحة مستشعر حيوي موضوعة على مادة التقبض المغناطيسي ثم يتم تطبيق مجال مغناطيسي. إذا تفاعل المستضد المستهدف مع الأجسام المضادة ، فإنه يضيف كتلة إلى المادة ، مما يؤدي إلى تغيير التدفق المغناطيسي الذي يمكن اكتشافه باستخدام “ملف التقاط” للاستشعار.
يقول ناريتا إن التطورات في دراسات الذكاء الاصطناعي والمحاكاة يمكن أن تساعد في العثور على مواد كهرضغطية ومقبضة مغناطيسية أكثر حساسية للكشف عن الفيروسات ومسببات الأمراض الأخرى. يمكن أن تكون المواد المستقبلية بدون لفائف ، ولاسلكية ، وناعمة ، مما يجعل من الممكن دمجها في الأقمشة والمباني.
يبحث العلماء حتى في كيفية استخدام هذه المواد وما شابهها للكشف السارس- CoV-2، الفيروس المسبب كوفيد -19، في الهواء. يمكن دمج هذا النوع من أجهزة الاستشعار في أنظمة تهوية النقل تحت الأرض ، على سبيل المثال ، من أجل مراقبة انتشار الفيروس في الوقت الفعلي. يمكن أيضًا لأجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها توجيه الأشخاص بعيدًا عن البيئة المحتوية على الفيروسات.
“لا يزال العلماء بحاجة إلى تطوير أجهزة استشعار أكثر فعالية وموثوقية للكشف عن الفيروسات ، مع حساسية أعلى و صحةالحجم والوزن الأصغر ، والقدرة على تحمل التكاليف بشكل أفضل ، قبل أن يمكن استخدامها في التطبيقات المنزلية أو الملابس الذكية ، “يقول ناريتا. “سيصبح هذا النوع من مستشعرات الفيروسات حقيقة واقعة مع المزيد من التطورات في علم المواد والتقدم التكنولوجي في الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وتحليلات البيانات.”
المرجع: “مراجعة لمواد الاستشعار الحيوي الكهربائية الانضغاطية والمغناطيسية للكشف عن COVID ‐ 19 والفيروسات الأخرى” بقلم فوميو ناريتا وزينجين وانج وهيروكي كوريتا وزين لي ويو شي ويو جيا وكونستانتينوس سوتيس ، 24 نوفمبر 2020 ، مواد متطورة.
DOI: 10.1002 / adma.202005448
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”