استخدم الباحثون لسانًا إلكترونيًا لتحديد المضادات الحيوية في الحليب
اختبر باحثون من البرازيل والولايات المتحدة لسانًا إلكترونيًا يستخدم مواد نانوية من MXene لتحديد المضادات الحيوية في الحليب. تم نشر الدراسة في ACS Omega ودرست عينات تحتوي على أكثر من مضاد حيوي واحد في سائل معقد يشمل أيضًا البروتينات والدهون والسكريات والأملاح.
MXene هو عائلة من المواد النانوية ثنائية الأبعاد التي تمت دراستها لمدة تقارب 15 عامًا. تحتوي هياكلها على طبقات من المعادن الانتقالية مثل التيتانيوم، النيوبيوم، الفاناديوم أو الموليبدينوم، مجتمعة مع الكربون أو النيتروجين أو كلاهما. تتمتع المواد بموصلية كهربائية عالية ومساحة سطح كبيرة وسطح يمكن تعديله للتفاعل مع مواد مختلفة.
بالنسبة للجهاز المستخدم للحليب، استخدم الباحثون ثلاثة تركيبات من MXene، حيث قاموا بتغيير نسبة الكربون إلى النيتروجين. لذلك، استجابت كل ألياف مغطاة بشكل مختلف للبيئة الكيميائية للعينة. متصلة بجهاز قياس المقاومة، خدمت كل ألياف كدعم وعنصر استشعار. طبق الجهاز إشارة كهربائية صغيرة وسجل المقاومة والسعة والمكونات الحقيقية والخيالية للمقاومة.
قال الباحث فاكور، الذي عمل على النظام: "عندما نغير تركيب MXene، نغير أيضًا خصائصه. كان ذلك بالضبط ما كنا نبحث عنه في اللسان الإلكتروني: مستشعرات بخصائص وأداء مختلف مجمعة في نفس الجهاز".
يختلف النهج عن نهج المستشعر الكيميائي التقليدي، الذي صُمم لاختيار مادة واحدة. لا يجب على أي مستشعر فردي في اللسان الإلكتروني التعرف على مضاد حيوي محدد. بدلاً من ذلك، يقوم النظام بتحليل نمط الاستجابات المجمعة التي تنتجها العينة. استخدم الباحثون طرقًا إحصائية متعددة المتغيرات، بما في ذلك تحليل المكونات الرئيسية، لتقليل عدد المتغيرات وتحديد الفروقات الرئيسية بين العينات.
قال دانيال كوريا من إمبرابا للأجهزة: "وجود أكثر من مضاد حيوي واحد في نفس الوقت ذو أهمية خاصة لإظهار كيفية عمل النظام. بدلاً من البحث عن جزيء واحد في محلول بسيط، يجب على اللسان الإلكتروني استخراج المعلومات من مصفوفة معقدة مثل الحليب، حيث يمكن للبروتينات والدهون والسكريات والأملاح والعديد من المواد الأخرى أيضًا التفاعل مع المستشعرات". أشرف كوريا على فاكور خلال دراسته للدكتوراه في جامعة فيدرال دي ساو كارلوس، أو UFSCar.
شمل المشروع باحثين من إمبرابا للأجهزة، UFSCar، جامعة فيدرال دي باهيا وجامعة دريكسل في الولايات المتحدة. أبلغ أستاذ دريكسل يوري جوجوتسي عن أول مادة MXene في عام 2011. قضى فاكور سنة في مجموعة جوجوتسي من 2022 إلى 2023 بدعم من FAPESP ويواصل التعاون مع المؤسسة الأمريكية. لويزا ميركانت من جامعة فيدرال دي باهيا هي أيضًا جزء من خط البحث، الذي سبق أن طبق مبدأ مشابه للكشف عن النواقل العصبية بما في ذلك الأسيتيل كولين، الدوبامين، الجليسين، الجلوتامات، الهستامين والتيروزين.
قال فاكور إن العمل لا يزال بحثًا مختبريًا تم تنفيذه في ظل ظروف محكمة. لم يتوفر بعد جهاز نهائي للمزارع أو الألبان أو السلطات التفتيشية. يدرس الباحثون أيضًا MXenes لدمج تخزين الطاقة، بما في ذلك المكثفات الفائقة، وكذلك مولدات النانو وأنظمة معالجة التلوث. مولت FAPESP دراسة الحليب من خلال مشروع موضوعي منسق من قبل أوزفالدو نوفايس دي أوليفيرا جونيور من معهد الفيزياء في جامعة ساو باولو.
