سامانه زیستالکترونیک باکتریایی با تبدیل سیگنالهای شیمیایی به جریان برق، راهی سریع، ارزان و قابل حمل برای تشخیص آلودگیها ارائه میدهد.
پژوهشگران دانشگاه رایس با طراحی سامانهای دو باکتریایی به نام e-COSENS، رویکردی تازه فراهم کردهاند که سیگنالهای شیمیایی را مستقیماً به خروجی الکتریکی تبدیل میکند و به این ترتیب تشخیص آلودگیها را تسریع میبخشد. این سیستم از خروجی الکتریکی بهره میبرد و بهراحتی با ابزارهای معمول مانند مولتیمترها سازگار است تا امکان استفاده میدانی را فراهم کند. طراحی مشارکتی با دانشگاه تافتس و کالج پزشکی بیلور نشان میدهد که این فناوری با استفاده از میکروبهای زنده مهندسیشده بهعنوان مبدلهای زیستالکترونیک عمل میکند. با وجود سالها پژوهش در زمینه سنجش زیستالکترونیک، این پروژه با جداسازی وظایف بین دو باکتری کارایی و دقت را افزایش میدهد: باکتری نخست ماده هدف را شناسایی و مولکول پیامرسان تولید میکند، سپس باکتری دوم پیام را به جریان برق تبدیل میکند. در قلب روش، کوئینون نقش پل ارتباطی را ایفا میکند و در حضور ماده هدف، سیگنال الکتریکی منظم و قابل اندازهگیری ایجاد میشود. مدارهای میکروبی این سامانه ماژولار است و امکان برنامهریزی برای شناسایی مواد مختلف—از فلزات سنگین تا نشانگرهای التهاب—وجود دارد. پس از شناسایی، واکنش به کوئینون آغاز میشود و باکتری دوم جریان الکتریکی قابل اندازهگیری را تولید میکند.
برای ارزیابی عملکرد، چهار مدل آزمایشی طراحی شد: تشخیص فلزات سنگین در آب؛ شناسایی نشانگرهای التهاب در بزاق مصنوعی؛ تشخیص پپتیدهای ضدمیکروبی در نمونههای مدفوعی؛ و سنجش آنتیبیوتیکها در شیر. هرچند نتایج این آزمایشها مثبت بود، تجهیزات آزمایشگاهی حجیم خارج از محیط آزمایشگاه کاربری عملی را محدود میکرد. بهایندلیل، تیم فنی با طراحی یک دیسک الکترونیکی به اندازه یک سکه، امکان استفاده میدانی را با کارکردی مشابه مولتیمترهای معمول فراهم کرد.
طبق گفتۀ پژوهشگران، بسته به نوع ماده هدف، این سامانه میتواند در کمتر از ۲۰ دقیقه سیگنال کلیدی را ارائه دهد و با گسترش استفاده از گونههای باکتریایی سازگار با کوئینون، دامنه کاربرد آن در آینده افزایش خواهد یافت. سادهسازی سختافزار و طراحی ماژولار بهطور قابل توجهی بهرهبرداری از این فناوری را در پایشهای محیطی، ایمنی غذایی و سلامت جامعه به ویژه در مناطق کمبرخوردار تسهیل میکند. منبع: تسنیم
