تری متوپریم (TMP)، یک آنتی بیوتیک پرمصرف که اغلب در تخلیه تصفیه خانه های فاضلاب یافت می شود، 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 و در محل TMP در نمونه های آب ایجاد کرده 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 بهداشت جهانی در حال رشد است زیرا میکروب‌ها مانند باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم می‌شوند. عامل اصلی در این افزایش استفاده نادرست از آنتی بیوتیک ها و دفع آنها در محیط است. پساب‌های تصفیه‌خانه‌های فاضلاب اغلب حاوی آنتی‌بیوتیک‌های مختلفی از جمله تری متوپریم (TMP) هستند که می‌توانند با ایجاد اختلال در جوامع میکروبی ضروری برای چرخه مواد مغذی، به اکوسیستم‌ها آسیب بزنند. TMP علاوه بر سهم خود در مقاومت ضد میکروبی، 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. روش‌های الکتروشیمیایی (EC) می‌توانند با ارائه حساسیت استثنایی، قابلیت‌های تحلیلی بلادرنگ، و پتانسیل کوچک‌سازی، از این مشکلات خلاص شوند.

پروفسور Tae-Yun Lee و دکتر Natarajan Karikalan از دانشگاه ملی Chungnam، کره پیشرفت هایی در روش های تشخیص هدایت الکتریکی داشته اند که پتانسیل تغییر آزمایش درجا TMP در فاضلاب آلوده را نشان می دهد. آنها یک حسگر میکروسیال یکبار مصرف آزمایشگاهی EC (LOC) به نام تراشه μTMP را توسعه دادند که برای تشخیص TMP در زمان واقعی طراحی شده است. پروفسور لی توضیح می دهد: “پایش TMP موثر در پساب ها برای پروتکل های کنترل موثر بسیار مهم است. از این رو، هدف ما فعال کردن آزمایش در محل نمونه های آب است.” مقاله آنها در 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 از هیدروکسید لانتانیم و سلنیت با فیلتر پلی آمید (PI) در کانال میکروسیال طراحی کردند. تجزیه و تحلیل ها نشان داد که افزودن سلنیت توانایی الکترود را برای تشخیص مواد شیمیایی با اجازه دادن جریان بار بهتر بهبود می بخشد. فیلتر PI عملکرد بلادرنگ 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 کرده و از خطر رشد میکروبی که می تواند در عملکرد سنسور اختلال ایجاد کند، جلوگیری می کند.

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

پروفسور لی گفت: “طراحی فعلی ما ممکن است در تشخیص TMP در محیط های بسیار آلوده با تداخل های ماتریسی بزرگ 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 موثر باشد.”

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

Natarajan Karikalan، Tae-Yun Lee، حسگر میکروفلوئیدیک ادغام شده با هیدروکسید لانتانیم غنی شده با سلنیت و فیلتراسیون درجا برای تشخیص درجا آنتی بیوتیک تری متوپریم در نمونه های محیطی، مجله مهندسی شیمی، جلد 499، 2024، 1558781818. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155982

منبع: دانشگاه ملی چونگنام، کره جنوبی