راهکاری نوین برای پایش قند خون؛ حسگر جمع‌وجور با دقت بالا

باشگاه خبرنگاران جوان - گلوکز یا همان قند خون، یکی از مواد اصلی موجود در خون است که سطح آن می‌تواند سلامت یا بیماری فرد را بازتاب دهد. بسیاری از بیماران، به‌ویژه افراد دیابتی، ناچارند مرتب سطح گلوکز خود را بررسی کنند. اما روش‌های رایج برای این کار، هرچند پرکاربرد، کاستی‌های جدی دارند. برای نمونه، روش سنتی الکترود گلوکز به عوامل محیطی همچون دما و تداخل‌های الکتریکی حساس است و در بسیاری مواقع، دقت لازم را ندارد. همین مسئله سبب شده دانشمندان به دنبال فناوری‌هایی باشند که بتوانند با سرعت بیشتر، خطای کمتر و بدون نیاز به روش‌های تهاجمی، میزان قند خون را پایش کنند.

یکی از گزینه‌های نوظهور، استفاده از حسگر‌های فیبر نوری است. این حسگر‌ها با کمک پدیده‌ای به نام «تشدید پلاسمون سطحی» قادرند تغییرات بسیار کوچک در محیط اطراف را آشکار کنند. آنها جمع‌وجور هستند، می‌توانند در بافت بدن به کار گرفته شوند و از تداخل الکترومغناطیسی نیز در امان هستند. اما همچنان مشکلاتی مانند حساسیت ناکافی یا تاثیرپذیری از تغییرات دما، باعث شده تا نیاز به پژوهش‌های بیشتر و اصلاح ساختار آنها وجود داشته باشد. تلاش برای ترکیب این حسگر‌ها با موادی، چون گرافن یا نانوذرات فلزی، به دلیل ویژگی‌های استثنایی این مواد، یکی از مسیر‌هایی است که محققان در سال‌های اخیر دنبال کرده‌اند.

در همین زمینه، عبدالکریم افروزه، دانشیار فیزیک در مجتمع آموزش عالی لارستان، تحقیقی تازه انجام داده است. او در این پژوهش روی بهبود کارایی یک حسگر فیبر نوری کار کرده که می‌تواند غلظت گلوکز خون انسان را با دقت بالاتری بسنجد. این طرح با تکیه بر دانش فیزیک و نانومواد، به‌ویژه با بهره‌گیری از ویژگی‌های گرافن اصلاح‌شده، راهکاری ارائه می‌دهد که مشکلات روش‌های سنتی و حتی مدل‌های اولیه حسگر‌های فیبر نوری را برطرف کند.

روش کار این محقق بر پایه طراحی یک حسگر زیستی بود که علاوه بر دقت بالا، قادر به جبران اثرات تغییر دما هم باشد. برای این منظور از ساختار ترکیبی چند نوع فیبر نوری و یک لایه نقره‌ای همراه با گرافن اصلاح‌شده استفاده شد. این لایه‌ها با قند خون تعامل برقرار می‌کنند و امکان اندازه‌گیری دقیق را فراهم می‌آورند. همچنین، پژوهشگر برای جداسازی و تحلیل همزمان اثرات مختلفی که در فیبر رخ می‌دهد، از روش‌های محاسباتی مانند تبدیل فوریه سریع استفاده کرد. یکی دیگر از نوآوری‌های این پژوهش، استفاده از الگوریتمی برای بهبود «خطی بودن» نتایج بود تا خروجی دستگاه دقیق‌تر و قابل‌اعتمادتر باشد.

نتایج آزمایش‌ها نشان دادند که حسگر طراحی‌شده، حساسیتی معادل ۲.۸۱۹ نانومتر بر میلی‌مولار دارد. این بدان معناست که دستگاه حتی می‌تواند تغییرات کوچک سطح گلوکز را نیز آشکار کند. دامنه اندازه‌گیری آن نیز بین صفر تا ۱۰ میلی‌مول در لیتر تعریف شد که برای پایش پزشکی بسیار کاربردی است. نکته مهم‌تر آنکه حسگر توانست در عین حال تغییرات دما را هم جبران کند، موضوعی که در دستگاه‌های مشابه، نقطه ضعف بزرگی محسوب می‌شود.

جمع‌بندی پژوهش حاکی از آن است که این حسگر نه تنها جمع‌وجور و دقیق است، بلکه به‌راحتی می‌تواند در آزمایش‌های پزشکی و پایش روزمره بیماران دیابتی به کار رود. قابلیت جبران تغییرات دما باعث می‌شود نتایج همیشه دقیق بماند و این امر، گامی مهم در افزایش اعتماد پزشکان و بیماران به دستگاه‌های نوین پایش قند خون است.

اهمیت یافته‌های این پژوهش فراتر از دیابت است. حسگر معرفی‌شده می‌تواند در حوزه‌های دیگر پزشکی که نیاز به سنجش دقیق مولکول‌ها دارند نیز استفاده شود. همچنین، طراحی کم‌هزینه و ساده آن امکان تولید انبوه و به‌کارگیری گسترده را فراهم می‌کند. حتی زمینه‌هایی، چون نظارت زیست‌محیطی یا صنایع غذایی هم می‌توانند از این فناوری بهره‌مند شوند، چرا که توانایی آشکارسازی دقیق تغییرات شیمیایی، ارزش بالایی در کنترل کیفیت دارد.

این پژوهش در فصلنامه «لیزر در پزشکی» منتشر شده است. این نشریه وابسته به معاونت پژوهشی جهاد دانشگاهی واحد علوم پزشکی تهران است و مقالاتی در زمینه کاربرد‌های نوین لیزر و فناوری‌های مرتبط در علوم پزشکی منتشر می‌کند.