طراحی حسگر «نقطه مراقبت» جدید برای پایش زردی نوزادان

باشگاه خبرنگاران جوان - حسگر نقطه مراقبت (POC) کاغذی مبتنی بر رنگدانه طبیعی کورکومین طراحی شده که با تابش نور آبی، تغییرات وابسته به غلظت بیلی‌روبین را از طریق بازیابی فلورسانس ثبت می‌کند. این سامانه نه‌تنها قادر است بدون نمونه‌گیری خون، سطح بیلی‌روبین را در بزاق اندازه‌گیری کند، بلکه به یک خوانشگر اپتوالکترونیکی قابل‌حمل و متصل به اینترنت مجهز است که داده‌ها را به‌صورت لحظه‌ای به تلفن همراه یا رایانه انتقال می‌دهد. نتایج به‌دست‌آمده از آزمون بالینی روی نوزادان مبتلا، همبستگی بسیار بالایی با روش‌های استاندارد آزمایشگاهی نشان داد.

زردی نوزادان یکی از شایع‌ترین مشکلات دوران تولد است و سالانه میلیون‌ها نوزاد در سراسر جهان درگیر افزایش سطح بیلی‌روبین خون می‌شوند. پایش دقیق این شاخص برای جلوگیری از آسیب‌های عصبی، کاهش خطر بستری و اطمینان از روند درمانی ضروری است. اما اندازه‌گیری بیلی‌روبین معمولاً به نمونه‌گیری خون وابسته است؛ فرآیندی تهاجمی، دردناک و البته نگران‌کننده برای والدین، به‌ویژه زمانی که نوزاد نیاز به پایش مداوم دارد. در مناطق محروم و مراکز فاقد آزمایشگاه‌های مجهز، این چالش بیشتر خود را نشان می‌دهد و نیاز به یک روش ساده، پایدار، ارزان و قابل انجام در محل، بیش از هر زمان احساس می‌شود. همین ضرورت، انگیزه‌ای شد تا گروهی بین‌المللی از محققان به‌دنبال طراحی یک ابزار غیرتهاجمی، سبک و قابل‌اعتماد بروند که بتواند بدون وابستگی به آزمایش خون، سطح بیلی‌روبین را پایش کند و راه‌حلی اقتصادی و عملی برای خانواده‌ها و نظام سلامت ارائه دهد.

در این پژوهش که با همکاری دانشگاه رازی، دانشگاه فرایبورگ آلمان، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران و دانشگاه ویرجینیا کامنولث انجام شده، یک حسگر بزاقی هوشمند توسعه یافت که می‌تواند با استفاده از یک آزمون کاغذی و نور آبی، بیلی‌روبین موجود در بزاق را با دقت بالا اندازه‌گیری کند. ایده اصلی این دستاورد بر پایه بهره‌گیری از رنگدانه طبیعی کورکومین شکل گرفته است؛ ماده‌ای زیستی و ارزان‌قیمت که خاصیت فلورسانس دارد و می‌تواند تحت شرایط مشخص به تغییرات بیلی‌روبین پاسخ دهد.

مبنای عملکرد این حسگر چنین است: کورکومین در حضور بیلی‌روبین، دچار خاموشی فلورسانس می‌شود، اما هنگامی که به نور آبی تابیده شود، پدیده فوتوایزومریزاسیون بیلی‌روبین فعال شده و فلورسانس خاموش‌شده مجدداً بازیابی می‌شود. این چرخه، امکان سنجش انتخابی و حساس بیلی‌روبین را با حداقل تجهیزات فراهم می‌کند. نوآوری مهم این پژوهش در آن است که همه این فرآیند‌ها روی یک بستری کاغذی و بسیار ارزان انجام شده و نیاز به هیچ ماده پیچیده یا تجهیزات آزمایشگاهی نیست. هزینه ساخت هر پچ حسگر نیز تنها حدود یک سنت دلار گزارش شده است؛ رقمی که استفاده از آن را برای مناطق کم‌برخوردار بسیار جذاب می‌کند.

اما این تنها بخش ماجرا نیست. پژوهشگران یک خوانشگر اپتوالکترونیکی قابل حمل نیز طراحی کرده‌اند که قادر است شدت فلورسانس و تغییرات رنگی حسگر را اندازه‌گیری و به‌صورت دیجیتال ثبت کند. این دستگاه به حسگر‌های طیفی چندکاناله مجهز بوده و یک اپلیکیشن اختصاصی تلفن همراه نیز برای آن توسعه یافته است. نکته جالب توجه این است که هر دو فرآیند، هم تحریک فلورسانس کورکومین و هم تخریب نوری بیلی‌روبین با یک طول‌موج یکسان ۴۷۰ نانومتر انجام می‌شوند و همین موضوع باعث ساده‌تر شدن ساختار سخت‌افزاری دستگاه شده است.

باشگاه خبرنگاران جوان - قابلیت اتصال به اینترنت نیز این حسگر و دستگاه همراه آن را از نمونه‌های مرسوم بسیار متمایز می‌کند. داده‌ها می‌توانند در لحظه به تلفن همراه، تبلت یا رایانه منتقل شوند و پزشک نیز قادر است از راه دور وضعیت نوزاد را پایش کند. این ویژگی با رویکرد «سلامت هوشمند» و مراقبت غیرحضوری کاملاً هم‌سو است و می‌تواند نقش مهمی در کاهش هزینه‌ها، کم کردن مراجعات بیمارستانی و تسهیل روند درمان داشته باشد.

برای ارزیابی عملکرد واقعی حسگر، آزمایش بالینی روی بزاق ۱۸ نوزاد مبتلا به زردی انجام شد. نتایج نشان داد که مقادیر اندازه‌گیری‌شده توسط حسگر با مقادیر به‌دست‌آمده از روش‌های مرجع در بزاق و همچنین خون، همبستگی بسیار بالایی دارد. این همسانی نشان می‌دهد که پلتفرم جدید می‌تواند جایگزینی مطمئن برای روش‌های تهاجمی و پرهزینه باشد. افزون بر این، حسگر در تمام شاخص‌های مورد نظر سازمان جهانی بهداشت در چارچوب معیار‌های REASSURED عملکرد مطلوبی داشته است؛ معیار‌هایی که شامل مقرون‌به‌صرفه بودن، قابلیت حمل، سادگی استفاده، پایداری، دقت و امکان اتصال هوشمند هستند.

یکی دیگر از امتیاز‌های این سامانه، زیستی‌بودن و کم‌هزینه‌بودن اجزای آن است. ساخت حسگر بدون نیاز به تجهیزات پیچیده و در محیط‌هایی با امکانات محدود نیز امکان‌پذیر است. از سوی دیگر، خوانشگر اپتوالکترونیکی توسعه‌یافته تنها حدود ۱۸ دلار قیمت دارد؛ رقمی بسیار پایین‌تر از تجهیزات تخصصی که این فناوری را برای استفاده در مراکز بهداشت روستایی و پایگاه‌های سلامت بسیار مناسب می‌کند.

پژوهشگران تأکید کرده‌اند که این حسگر تنها به تشخیص زردی نوزادان محدود نیست و می‌تواند در پایش بیماری‌هایی مانند هپاتیت یا اختلالات عصبی مرتبط با افزایش بیلی‌روبین نیز کاربرد داشته باشد. قابلیت اندازه‌گیری سریع و غیرتهاجمی این ابزار همچنین می‌تواند در مدیریت به‌موقع موارد پرخطر مؤثر باشد و بار مالی خانواده‌ها و سیستم سلامت را کاهش دهد.

در بخش پایانی پژوهش، تیم تحقیقاتی اعلام کرده که فاز بعدی توسعه این فناوری شامل ساخت یک «پستانک هوشمند» خواهد بود؛ پستانکی که بتواند به‌صورت لحظه‌ای بیلی‌روبین بزاق را اندازه‌گیری کند و نیاز به مراجعه حضوری و نمونه‌گیری را به حداقل برساند. این چشم‌انداز، نشان‌دهنده مسیر نوینی است که حسگر‌های پوشیدنی و ابزار‌های سلامت هوشمند می‌توانند در تشخیص و مراقبت از نوزادان طی کنند.

این پیشرفت علمی، گامی مهم به سوی ارائه روش‌های دقیق، قابل‌اعتماد و در دسترس برای پایش سلامت نوزادان است؛ روشی که می‌تواند نه‌تنها جان نوزادان بیشتری را نجات دهد، بلکه تجربه والدین و پزشکان را نیز در مدیریت زردی و بیماری‌های مرتبط به‌طور چشمگیری بهبود بخشد.

به نقل از ستاد نانو، نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Spicy Recipe for At-Home Diagnostics: Smart Salivary Sensors for Point-of-Care Diagnosis of Jaundice در نشریه ACS Sensors به چاپ رسیده است.

منبع: ستاد نانو