أجهزة استشعار لكشف المتفجرات ومراقبة المنتجات الغذائية

قام فريق بحثي من الكيميائيين من جامعة هيوستن بتطوير مواد جديدة يمكن استخدامها في إنتاج أجهزة استشعار للكشف عن المتفجرات ومراقبة جودة المواد الغذائية وانتهاء صلاحيتها.

وقال الباحث ريجوبيرتو أدفينكولا، خبير علوم المواد في جامعة هيوستن: "هناك العديد من المواد الخطرة، من الملوثات إلى البكتيريا المعدية، التي نتعرض لها بانتظام". "يحاول بحثنا المساعدة في الجهود المبذولة للكشف السريع عن المتفجرات أو غيرها من المواد المحظورة في المطارات في مجال الأمن الداخلي، وكذلك في مراقبة المنتجات التجارية مثل الحليب ومنتجات أغذية الحيوانات الأليفة بحثًا عن المواد المضافة الموجودة بمستويات غير طبيعية."

بدأ الباحثون بتطوير مادة البوليمر، ثم صنعوا جهازًا نهائيًا يعمل كجهاز استشعار. ويرتكز البحث على فكرة يسميها الباحث "مفهوم المستقبل الاصطناعي". "هذا يشبه الإنزيم الذي يعمل كمحفز كيميائي حيوي داخل الخلية، مثل الجسم المضاد الذي يرتبط بجزيئات معينة لبدء النشاط البيولوجي في الخلية. المكونات التي تستخدمها هذه المجموعة البحثية هي مواد معدنية وبلاستيكية تسمى البوليمرات المطبوعة جزيئيًا (البوليمرات الجزيئية المطبوعة، MIP)، وهي فكرة تستخدم أيضًا في صنع الأجسام المضادة من البلاستيك. هذه البوليمرات لها صلة كيميائية محددة بالجزيء المستهدف وتستخدم لتطوير أجهزة الاستشعار.

وتم إنتاج الطبقات باستخدام طريقة "الترسيب الكهربائي"، وهي عملية تشبه طريقة الطلاء الكهربائي للمعادن، وهي شائعة في صناعات المعادن والسيارات. وكان العنصر المبتكر للباحثين هو استخدام عملية تعرف باسم "البلمرة الكهروكيميائية" (البلمرة الكهربية) مباشرة عن طريق سطح ذهبي متصل بجهاز قياس رقمي. والخطوة التالية للباحثين هي وضع هذه الطبقة المبتكرة داخل الأجهزة المحمولة وبالتالي الحصول على أجهزة الاستشعار.

"إن الأساليب والمواد التي استخدمناها تمكننا من تطوير التطبيقات في مجالات الأجهزة المحمولة والقدرة على تقليل المكونات. وقال الباحث: "سيسمح جهازنا، من حيث المبدأ، بتطوير ماسحات ضوئية يدوية للكشف عن القنابل أو غاز الأعصاب في المطارات". "وبعبارة أخرى، يمكننا الحصول على إجابة دقيقة وسريعة دون إضاعة الوقت ودون استخدام معدات معقدة. نحن قادرون على تحقيق مستوى عال من الحساسية الحسية والانتقائية. لقد تم تطوير تصميم جزيئاتنا وطريقة إنتاجها بطريقة بسيطة ولكنها فعالة."

تم نشر نتائج البحث في ثلاث مجلات مرموقة مختلفة في نفس الوقت: الجزيئات الكبيرة, المواد التطبيقية والواجهات و أجهزة الاستشعار الحيوية والالكترونيات الحيوية.

ويأمل العلماء في توسيع نطاق البحث في العام المقبل ليشمل العديد من الأنواع الأخرى من المواد الكيميائية الخطرة بالإضافة إلى البروتينات المنبعثة من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. وفي نهاية المطاف، يخطط الباحثون لتطوير أجهزة استشعار محمولة باليد والتي ستكون متاحة تجاريًا لعامة الناس، فضلاً عن أنها ذات أهمية للجيش وقطاعي الأمن والسلامة.

أخبار الدراسة