ساخت حسگر زیستی برای تشخیص سکته قلبی قبل از وقوع با استفاده از موج صوتی

در این پروژه، حسگر زیستی صوتی سطحی برای سنجش نشانگر زیستی خاص تروپونین قلبی I (cTnI) به عنوان نشانگر تشخیص سکته قلبی ساخته شده است. مقدار cTnI در فرد سالم کمتر از ۰/۴ نانوگرم در میلی لیتر است و با افزایش آن احتمال بروز سکته قلبی بیشتر می‌شود. حسگر زیستی صوتی ساخته شده قابلیت اندازه‌گیری تروپونین در سرم خون را با دقت بالا دارد و می‌تواند احتمال بروز سکته قلبی را پیش از وقوع آن پیش‌بینی کند. حسگر ساخته شده با استفاده از لایه نازک اکسید روی بر بستر سیلیکون، الکترودهای آلومینیومی و آپتامر، هزینه کمتری نسبت به حسگرهای دیگر دارد و همچنین حساسیت و پایداری بالایی دارد. عملکرد حسگر، حساسیت و پایداری مناسبی در اندازه‌گیری تروپونین به نشان می‌دهد.

به گزارش دیجیاتور به نقل از موسسه آموزش عالی تربیت مدرس، حسگرهای زیستی در شناسایی نشانگرهای قلبی که برای تشخیص اولیه انفارکتوس حاد میوکارد (سکته قلبی) مهم هستند، به‌کار می‌روند. سکته قلبی هنگامی رخ می‌دهد که جریان خون در بخشی از قلب کاهش یابد یا متوقف شود و باعث آسیب به عضله قلب شود.

فرزانه سلیمان‌پور که این پروژه را با راهنمایی دکتر محمد کاظم مروج در قالب پایان‌نامه خود در رشته فناوری طراحی برق-الکترونیک- افزاره‌های میکرو و نانو الکترونیک انجام داده است، اظهار کرد: در دهه‌های گذشته، حسگرهای زیستی متنوعی مانند نوری، الکتروشیمیایی و صوتی ساخته شده‌اند که حسگرهای امواج صوتی سطحی به دلیل هزینه کمتر نسبت به حسگرهای نوری، قابلیت بدون برچسب‌گذاری که در حسگرهای الکتروشیمیایی باید انجام شود و اندازه کوچک، در کاربردهای زیستی توسعه یافته‌اند.

وی در خصوص اهداف این پروژه گفت: هدف ما در این طرح، ساخت و مشخصه‌یابی حسگر زیستی صوتی سطحی برای سنجش تروپونین قلبی I (cTnI ) به عنوان نشانگر زیستی خاص تشخیص سکته قلبی است.

مقدار cTnI در فرد سالم کمتر از ۰/۴ نانوگرم در میلی لیتر است که با افزایش آن احتمال بروز سکته قلبی بیشتر می‌شود و در غلظت ۱ نانوگرم در میلی لیتر سکته رخ می‌دهد و حسگر ما قابلیت اندازه‌گیری در محدوده فرد سالم و بعد از آن را دارد. این حسگر زیستی صوتی کوچک و قابل حمل و سازگار با فناوری CMOS با اندازه‌گیری میزان تروپونین در سرم خون بدون آزمایش‌های کلینیکی می‌تواند احتمال بروز سکته قلبی را پیش از وقوع بیان کند.

حسگر ساخته شده در این طرح، لایه نازک اکسید روی بر بستر سیلیکون است و به دلیل استفاده از بستر سیلیکون و لایه نازک پیزوالکتریک اکسید روی و الکترودهای آلومینیومی و استفاده از آپتامر به جای آنتی بادی، نسبت به حسگرهای بر مبنای لیتیوم نایوبیت و لیتیوم تانتالیت هزینه کمتر و حساسیت و پایداری بالایی دارد.

همچنین عملکرد حسگر حساسیت ۰/۱۳۴۲ به ازای هر نانوگرم در میلی لیتر تغییر در غلظت تروپونین و پایداری ۸۹ درصدی طی هشت هفته و کمترین مقدار قابل تشخیص ۰/۰۲۵ نانوگرم در میلی لیتر را نشان داد.

حسگر زیستی صوتی سطحی ساخته شده در این طرح، قادر به اندازه‌گیری میزان تروپونین قلبی I (cTnI) در سرم خون بدون نیاز به آزمایش‌های کلینیکی است. این حسگر قابل استفاده برای تشخیص اولیه انفارکتوس حاد میوکارد (سکته قلبی) است و در محدوده غلظت فرد سالم و همچنین بعد از آن قادر به اندازه‌گیری است. حسگر ساخته شده شامل لایه نازک اکسید روی بر بستر سیلیکون است و با استفاده از بستر سیلیکون و لایه نازک پیزوالکتریک اکسید روی و الکترودهای آلومینیومی و آپتامر به جای آنتی بادی، هزینه کمتری دارد و حساسیت و پایداری بالایی دارد. همچنین، حسگر دارای حساسیت ۰/۱۳۴۲ به ازای هر نانوگرم در میلی لیتر تغییر در غلظت تروپونین و پایداری ۸۹ درصدی در طی هشت هفته است و کمترین مقدار قابل تشخیص آن ۰/۰۲۵ نانوگرم در میلی لیتر است. به‌ازای افزایش مقدار cTnI، احتمال بروز سکته قلبی افزایش می‌یابد و حسگر صوتی قابل حمل و سازگار با فناوری CMOS است.