ابتكار جهاز جديد للكشف عن فيتامين سي وفيروس كورونا في وقت واحد

في عصر جائحة كوفيد-19، كانت الاختبارات المحمولة في المنزل ضرورية لمعرفة متى يجب ارتداء الكمامة أو عزل نفسك في المنزل.

الآن، طور باحثو الهندسة في جامعة ولاية بنسلفانيا جهازًا محمولًا ولاسلكيًا للكشف في وقت واحد عن فيروس SARS-CoV-2، الفيروس المسبب لمرض كوفيد-19، وفيتامين سي، وهو عنصر غذائي أساسي يساعد في تعزيز مقاومة العدوى، من خلال دمج الترانزستورات التجارية مع الجرافين المطبوع بالليزر.

نُشرت نتائجهم في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces.

خيارات علاجية فعالة

وحسب موقع ميديكال إكسبريس، قال الباحثون إنه من خلال الكشف المتزامن عن مستويات الفيروس وفيتامين سي، يمكن أن يساعد الاختبار الأفراد ومقدمي الرعاية الصحية في تحديد خيارات علاج أكثر فعالية.

على سبيل المثال، قد يستفيد شخص لديه مستويات منخفضة من فيتامين سي من دفعة تكميلية، بينما قد يحتاج شخص لديه مستويات طبيعية أو عالية من فيتامين سي إلى التفكير في خيارات أخرى.

قالت المؤلفة المشاركة عايدة إبراهيمي، أستاذة الهندسة الكهربائية والهندسة الطبية الحيوية: "هناك العديد من الدراسات التي تظهر أن فيتامين سي يمكن أن يساعد في إدارة أعراض الالتهابات التنفسية الفيروسية مثل SARS-CoV-2، وهناك منصات اختبار لفيتامين سي، لكنها ضخمة ومكلفة وغير مناسبة للاختبار في المنزل، جهازنا محمول وسهل التشغيل ويمكنه اكتشاف فيتامين سي وSARS-CoV-2 في وقت واحد، مع خيار إضافة جزيئات هدف جديدة إلى نفس منصة الاختبار في المستقبل".

وقد اختار الباحثون اختبار فيتامين سي وفيروس كورونا المستجد ليس فقط لأهميتهما السريرية للمرضى، ولكن أيضًا لإظهار مدى تنوع نهجهم الاختباري.

طريقة عمل الجهاز

وقالت إبراهيمي: "لقد استخدمنا فيتامين سي وفيروس SARS-CoV-2 كأهداف نموذجية لإثبات مدى قابلية تطبيق نهجنا في الكشف عن المؤشرات الحيوية باستخدام النوعين الشائعين من أجهزة الاستشعار المستخدمة في مجتمع أجهزة الاستشعار الحيوية: تلك التي تحتوي على عنصر لالتقاط الجزيئات المستهدفة، وتلك التي لا تحتوي على عنصر التقاط. لقد استخدمنا الجزيئات لإظهار التحسن الذي أحرزناه في وظائف الاختبار مقارنة بالطرق الحالية".

وأوضحت إبراهيمي أنه بعد معالجة عينة صغيرة من اللعاب، يرسل الجهاز النتائج لاسلكيًا إلى الهاتف المحمول للمستخدم، ويمكن للمستخدمين بعد ذلك الاستمرار في مراقبة مستويات فيتامين سي في المنزل وتناول مكملات أو تناول أطعمة غنية بالفيتامينات لتحسين أعراضهم.

ولتطوير منصة الاستشعار الخاصة بهم، قام الباحثون بفحص العديد من معلمات الجرافين المحفز بالليزر، وهو مادة رقيقة بشكل لا يصدق ذات حساسية عالية وخصائص مرغوبة أخرى، يتم تصنيعها بطريقة طباعة ليزرية عالية الدقة لإنشاء مادة الاستشعار، والتي لها بنية مسامية ثلاثية الأبعاد. قام الفريق بتقييم مساميتها وخصائصها الكهربائية وخشونة سطحها لتحديد أفضل عدد من "الطبقات" التي يمكن طباعة المستشعرات فيها.

يؤثر عدد التمريرات على حساسية المستشعر وحد الكشف، والذي يشير إلى أقل تركيز للمادة التي يمكن اكتشافها ضمن فترة ثقة معينة.

قال المؤلف الأول، هشمت أمير أصغريان: "أظهرنا أنه باستخدام تمريرتين للطباعة بالليزر، والمعروفة باسم الجرافين المستحث بالليزر ثنائي المرور، تتحسن حساسية المستشعر وحد الكشف بشكل كبير لكل من فيتامين سي وSARS-CoV-2".

وقال الباحثون إن جهاز الاستشعار الذي يستخدم مرة واحدة، والمصنوع على ركيزة بلاستيكية، رخيص وسهل التصنيع، على غرار شرائط الاختبار الصغيرة التي يستخدمها مرضى السكري لمراقبة مستوى الجلوكوز، في حين أن وحدة الاختبار قابلة لإعادة الاستخدام.