پژوهشگران در این پروژه، حسگر جدیدی را ابداع کرده‌اند که به آماده‌سازی نمونه نیازی ندارد و کمترین میزان تجربه را می‌طلبد. این حسگر با داشتن چنین قابلیت‌هایی، مزیتی قابل توجه نسبت به روش‌های کنونی آزمایش به ویژه آزمایش‌های گسترده دارد.
“ایشان برمان”(Ishan Barman)، استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه جانز هاپکینز و از پژوهشگران این پروژه گفت: این روش، به سادگی ریختن یک قطره بزاق روی دستگاه و گرفتن نتیجه منفی یا مثبت است. نکته کلیدی این است که این روش، به تغییرات شیمیایی مانند برچسب‌گذاری مولکولی یا عملکردی‌سازی پادتن نیازی ندارد. این بدان معناست که این حسگر را در نهایت می‌توان در دستگاه‌های پوشیدنی استفاده کرد.
وی افزود: این فناوری جدید می‌تواند محدودیت‌های مربوط به آزمایش‌های کنونی کووید-۱۹ را برطرف کند اما هنوز در بازار موجود نیست.
آزمایش “واکنش زنجیره‌ای پلیمراز”(PCR)، بسیار دقیق است اما به روند پیچیده آماده‌سازی نمونه نیاز دارد و آماده شدن نتایج آن در آزمایشگاه، چند ساعت تا چند روز زمان می‌برد. به عبارت دیگر، آزمایش‌های سریعی که وجود آنتی‌ژن‌ها را بررسی می‌کنند، موفقیت کمتری را در تشخیص زودهنگام عفونت‌های ابتدایی و بدون علامت نشان می‌دهند و ممکن است با نتایج اشتباه همراه باشند.
حسگر جدید پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز، حساسیت آزمایش PCR و سرعت آزمایش آنتی‌ژن را دارد. این حسگر طی آزمایش ابتدایی، ۹۲ درصد دقت را برای تشخیص کروناویروس در نمونه‌های بزاق نشان داد و نتایج آن با نتایج آزمایش PCR قابل مقایسه بود. همچنین این حسگر، موفقیت قابل توجهی را در تشخیص سریع ویروس‌های دیگر از جمله “ویروس آنفلوانزای A زیرگروه H1N1” و “زیکا”(Zika) نشان داد.
این حسگر بر فناوری‌های “طرح‌نگار چاپی”(Nanoimprint lithography)، “بیناب‌نمایی ارتقایافته سطحی رامان”(SERS) و یادگیری ماشینی مبتنی است. از این حسگر می‌توان برای آزمایش انبوه در قالب تراشه‌های یک بار مصرف و روی سطوح سفت یا انعطاف‌پذیر استفاده کرد.
کلید موفقیت این روش، فناوری موسوم به “FEMIA” است که در آزمایشگاه “دیوید گراسیاس”(David Gracias)، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی دانشگاه جانز هاپکینز توسعه یافته است. در این روش، نمونه بزاق روی ماده قرار می‌گیرد و با کمک روش بیناب‌نمایی ارتقایافته سطحی رامان که از نور لیزر برای بررسی نحوه ارتعاش مولکول‌های نمونه مورد بررسی استفاده می‌کند، تجزیه و تحلیل می‌شود.
از آنجا که فناوری نانوساختاربندی‌شده FEMIA، سیگنال رامان ویروس را به میزان قابل توجهی تقویت می‌کند، این سیستم می‌تواند حضور ویروس را به سرعت تشخیص دهد؛ حتی اگر تنها اثرات کمی در نمونه وجود داشته باشد. یکی دیگر از نوآوری‌های مهم این سیستم، استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته یادگیری ماشینی برای شناسایی نشانه‌های بسیار کوچک در داده‌های طیف‌سنجی است که به پژوهشگران امکان می‌دهد تا وجود ویروس و تراکم آن را دقیقا مشخص کنند.
“دبادریتا پاریا”(Debadrita Paria)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: تشخیص نوری بدون برچسب همراه با یادگیری ماشینی، به ما امکان می‌دهد تا یک پلتفرم واحد داشته باشیم که می‌تواند طیف وسیعی از ویروس‌ها را با حساسیت و گزینش‌پذیری بیشتر و بسیار سریع آزمایش کند.
ماده حسگر را می‌توان روی هر نوع سطحی قرار داد؛ از دستگیره در و ورودی ساختمان گرفته تا ماسک و منسوجات.
گراسیاس گفت: با استفاده از این فناوری نانو، به تولید حسگرهای بسیار دقیق، قابل تنظیم و مقیاس‌پذیر برای تشخیص کووید-۱۹ دست یافته‌ایم که هم سفت و هم انعطاف‌پذیر هستند و نه تنها برای استفاده روی حسگرهای زیستی مبتنی بر تراشه، بلکه برای ابزارهای پوشیدنی نیز مهم به شمار می‌روند.
وی افزود: شاید این حسگر را بتوان در یک دستگاه دستی و به منظور تشخیص سریع در مکان‌های شلوغ مانند فرودگاه‌ها یا استادیوم‌ها به کار برد.
بارمان گفت: پلتفرم ما از پاندمی کنونی کووید-۱۹ فراتر می‌رود. ما می‌توانیم از آن برای تشخیص ویروس‌های متفاوت استفاده کنیم؛ به عنوان نمونه می‌توانیم آن را برای تفکیک کردن کروناویروس از ویروس آنفلوانزای A زیرگروه H۱N۱ به کار ببریم. این یک معضل بزرگ است که با استفاده از آزمایش‌های سریع کنونی قابل تشخیص نیست.
این گروه پژوهشی به ادامه بررسی خود مشغول هستند تا کاربرد این فناوری را با استفاده از نمونه‌های گوناگون گسترش دهند.
این پژوهش، در مجله “Nano Letters” به چاپ رسید.
۴۶
