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

تری متوپریم (TMP)، یک آنتی بیوتیک پرمصرف که اغلب در تخلیه تصفیه خانه فاضلاب وجود دارد، می تواند اکوسیستم را مختل کند و هنگامی که خاک و آب را آلوده می کند، خطراتی برای سلامتی انسان ایجاد می کند. برای رفع این مشکل، محققان کره ای یک حسگر الکتروشیمیایی یکبار مصرف برای تشخیص سریع TMP در نمونه های آب در محل توسعه داده اند. این تراشه μTMP نظارت و مدیریت موثر آلاینده های محیطی مانند آنتی بیوتیک ها را امکان پذیر می کند.

مقاومت ضد میکروبی (AMR) یک بحران رو به رشد سلامت جهانی است زیرا میکروب هایی مانند باکتری ها به آنتی بیوتیک ها مقاوم می شوند. عامل اصلی در این افزایش استفاده نادرست و دفع آنتی بیوتیک ها در محیط است. پساب های تصفیه خانه های فاضلاب اغلب حاوی آنتی بیوتیک های مختلفی از جمله تری متوپریم (TMP) هستند که می توانند با ایجاد اختلال در جوامع میکروبی ضروری برای چرخه مواد مغذی، به اکوسیستم ها آسیب بزنند. علاوه بر کمک به AMR، TMP از طریق قرار گرفتن در معرض غیرمستقیم خطرات سلامتی مختلفی را برای انسان به همراه دارد.

روش های سنتی برای تشخیص TMP مانند الکتروفورز مویرگی و کروماتوگرافی مایع با طیف سنجی جرمی، اغلب کار فشرده و زمان بر هستند. روش های الکتروشیمیایی (EC) می توانند با ارائه حساسیت استثنایی، قابلیت های تحلیلی بلادرنگ، و پتانسیل کوچک سازی، از این مسائل خلاص شوند.

پروفسور Tae Yoon Lee و دکتر Natarajan Karikalan از دانشگاه ملی Chungnam، کره، پیشرفتی در روش های تشخیص EC ایجاد کرده اند که پتانسیل تغییر آزمایش در محل برای TMP در فاضلاب آلوده را نشان می دهد. آنها یک سنسور میکروسیال یکبار مصرف آزمایشگاهی روی یک تراشه (LOC) EC، μTMP-تراشه، طراحی کردند که برای تشخیص TMP در زمان واقعی طراحی شده است. پروفسور لی توضیح می دهد: "پایش TMP کارآمد در پساب ها برای پروتکل های کنترل موثر حیاتی است. از این رو، هدف ما فعال کردن آزمایش در محل نمونه های آب است." مقاله آنها در تاریخ 21 سپتامبر 2024 به صورت آنلاین در دسترس قرار گرفت و در جلد 499 مجله مهندسی شیمی در 1 نوامبر 2024 منتشر شد.

محققان این تراشه یکبار مصرف را با ترکیب یک الکترود ویژه ساخته شده با هیدروکسید لانتانیم و سلنیت با فیلتر پلی آمید (PI) در یک کانال میکروسیال طراحی کردند. آنالیزها نشان داد که افزودن سلنیت توانایی الکترود در تشخیص مواد شیمیایی را با اجازه دادن جریان بار بهتر بهبود می بخشد. فیلتر PI عملکرد زمان واقعی تراشه μTMP را بهبود بخشید، در حالی که با حذف فیلتر، راندمان 15 تا 45 درصد کاهش یافت. علاوه بر این، این فیلتر به به دام انداختن و جداسازی مواد ناخواسته کمک کرد و از خطر رشد میکروبی که می تواند در عملکرد سنسور اختلال ایجاد کند، جلوگیری کرد.

حسگر تراشه μTMP نتایج قابل توجهی را در آزمایش های دنیای واقعی نشان داد و نرخ بازیابی 94.3٪ تا 97.6٪ را در نمونه های خاک و آب نشان داد. این نتایج که از طریق آزمایش بی سیم به دست آمده است، پتانسیل تراشه را برای استفاده عملی در نظارت بر نمونه های محیطی برجسته می کند.

پروفسور لی گفت: "طراحی فعلی ما ممکن است در تشخیص TMP در محیط های بسیار آلوده با تداخل های ماتریسی قابل توجه با چالش هایی روبرو شود. با این حال، ما امیدواریم که تحقیقات ما الهام بخش کاوش های بیشتر برای توسعه تراشه های تشخیص TMP مقرون به صرفه و کارآمد باشد."

محققان بر این باورند که طراحی آزمایشگاه روی تراشه آنها پتانسیل بهبود امکان ردیابی در محل و در زمان واقعی آلاینده های محیطی را دارد که منجر به بهبود حفاظت از اکوسیستم ها و سلامت انسان می شود.

Natarajan Karikalan، Tae Yoon Lee، حسگر میکروسیال ادغام شده با هیدروکسید لانتانیم غنی شده با سلنیت و فیلتراسیون در محل برای تشخیص در محل آنتی بیوتیک تری متوپریم در نمونه های محیطی، مجله مهندسی شیمی، جلد 499، 2024، 1555891828 https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155982

منبع: دانشگاه ملی چونگنام، کره جنوبی