محققان کره جنوبی تراشه پایش کیفیت آب را برای آنتی بیوتیک ها ایجاد کردند

تری متوپریم (TMP)، یک آنتی بیوتیک پرکاربرد که به طور مکرر در پساب تصفیه خانه‌های فاضلاب دیده می‌شود، می‌تواند تعادل اکوسیستم را مختل کند و با آلودگی خاک و آب، خطراتی برای سلامت انسان ایجاد نماید. برای مقابله با این موضوع، پژوهشگران کره‌ای حسگر الکتروشیمیایی یکبار مصرفی برای تشخیص سریع و در محل TMP در نمونه‌های آبی توسعه داده‌اند. این تراشه μTMP امکان نظارت و مدیریت مؤثر آلاینده‌های محیطی مانند آنتی‌بیوتیک‌ها را فراهم می‌آورد.

مقاومت ضد میکروبی (AMR) به عنوان یک بحران بهداشت جهانی در حال افزایش است زیرا میکروب‌ها مانند باکتری‌ها نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم می‌شوند. یکی از عوامل اصلی این روند، استفاده نادرست و دفع نامناسب آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط زیست است. پساب‌های تصفیه خانه‌های فاضلاب معمولاً شامل انواع آنتی‌بیوتیک‌ها از جمله تری متوپریم هستند که می‌توانند با ایجاد اختلال در جوامع میکروبی حیاتی برای چرخه مواد مغذی، به اکوسیستم آسیب وارد کنند. علاوه بر نقش خود در مقاومت ضد میکروبی، TMP از طریق قرارگیری غیرمستقیم به تهدیدات متعددی برای سلامت انسان منجر می‌شود.

روش‌های سنتی تشخیص TMP مانند الکتروفورز مویی و کروماتوگرافی مایع همراه با طیف‌سنجی جرمی، معمولاً زمان‌بر و پیچیده هستند. روش‌های الکتروشیمیایی (EC) با ارائه حساسیت بالا، قابلیت تحلیل در زمان واقعی و امکان کوچک‌سازی ابزار، این محدودیت‌ها را برطرف می‌کنند.

پروفسور Tae-Yun Lee و دکتر Natarajan Karikalan از دانشگاه ملی چونگنام کره، پیشرفت‌هایی در روش‌های تشخیص هدایت الکتریکی ارائه داده‌اند که توانایی انجام آزمایش در محل برای تشخیص TMP در فاضلاب آلوده را دارد. آنها یک حسگر میکروسیال آزمایشگاهی یکبار مصرف (LOC) به نام تراشه μTMP ساختند که به طور خاص برای تشخیص بلادرنگ TMP طراحی شده است. پروفسور لی می‌گوید: “پایش مؤثر TMP در پساب‌ها برای طراحی پروتکل‌های کنترل حیاتی است. هدف ما ایجاد امکان آزمایش در محل نمونه‌های آبی است.” مقاله آنها در تاریخ 21 سپتامبر 2024 به صورت آنلاین منتشر شد و در جلد 499 مجله مهندسی شیمی در تاریخ 1 نوامبر 2024 چاپ گردید.

محققان این تراشه یکبار مصرف را با استفاده از یک الکترود خاص ساخته شده از هیدروکسید لانتانیم و سلنیت همراه با فیلتر پلی آمید (PI) در کانال میکروسیال طراحی کردند. نتایج تحلیل‌ها نشان داد که افزودن سلنیت باعث بهبود جریان بار الکترود و در نتیجه افزایش توانایی تشخیص مواد شیمیایی می‌شود. فیلتر PI عملکرد بلادرنگ تراشه μTMP را ارتقا بخشیده و بدون این فیلتر، راندمان سنسور 15 تا 45 درصد کاهش یافت. همچنین این فیلتر به به دام انداختن و جداسازی مواد ناخواسته کمک می‌کند و از رشد میکروبی که می‌تواند عملکرد سنسور را مختل نماید، جلوگیری می‌نماید.

حسگر تراشه μTMP در آزمایش‌های دنیای واقعی عملکرد برجسته‌ای نشان داده است و نرخ بازیابی بین 94.3٪ تا 97.6٪ در نمونه‌های خاک و آب داشته است. این نتایج که از طریق آزمایش‌های بی‌سیم به دست آمده، پتانسیل کاربرد عملی این تراشه را در نظارت بر نمونه‌های محیطی برجسته می‌کند.

پروفسور لی بیان کرد: “طراحی کنونی ما ممکن است در تشخیص TMP در محیط‌هایی که آلودگی بالا و تداخل‌های ماتریسی قوی دارند، با چالش‌هایی روبرو شود. با این حال، امیدواریم که تحقیقات ما انگیزه‌ای برای توسعه بیشتر تراشه‌های مقرون به صرفه و کارآمد تشخیص TMP باشد.”

محققان معتقدند که طراحی آنها از نوع آزمایشگاه روی تراشه، قابلیت بهبود ردیابی آلاینده‌های محیطی را در محل و در زمان واقعی فراهم می‌کند که می‌تواند به بهبود حفاظت از اکوسیستم و سلامت انسان کمک نماید.

Natarajan Karikalan، Tae-Yun Lee، حسگر میکروفلوئیدیک چاشنی شده با هیدروکسید لانتانیم غنی شده با سلنیت و فیلتر داخلی برای تشخیص فوری آنتی‌بیوتیک تری متوپریم در نمونه‌های محیطی، مجله مهندسی شیمی، جلد 499، 2024، 1558781818. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155982

منبع: دانشگاه ملی چونگنام، کره جنوبی