توسعه حسگر فیبر نوری نوین برای پایش دقیق قند خون با قابلیت جبران دما

چالش‌های روش‌های سنتی و نیاز به نوآوری

گلوکز، به عنوان یکی از اصلی‌ترین مواد موجود در خون، شاخص مهمی برای سلامت فرد محسوب می‌شود. روش‌های رایج پایش قند خون، مانند الکترودهای گلوکز، به دلیل حساسیت به دما و تداخل‌های الکتریکی، اغلب دقت لازم را ندارند. این کاستی‌ها، نیاز به ابزارهایی با سرعت بیشتر، خطای کمتر و قابلیت پایش غیرتهاجمی را برجسته می‌سازد.

حسگرهای فیبر نوری: راهکاری امیدبخش

حسگرهای فیبر نوری، با بهره‌گیری از پدیده «تشدید پلاسمون سطحی»، به عنوان گزینه‌ای نوظهور مطرح شده‌اند. این حسگرها جمع‌وجور، قابل استفاده در بافت بدن و مقاوم در برابر تداخل الکترومغناطیسی هستند. با این حال، مشکلاتی نظیر حساسیت ناکافی و تأثیرپذیری از تغییرات دما، نیاز به پژوهش‌های بیشتر برای اصلاح ساختار آن‌ها را ضروری می‌سازد. ترکیب این حسگرها با موادی چون گرافن یا نانوذرات فلزی، به دلیل ویژگی‌های استثنایی این مواد، یکی از مسیرهای تحقیقاتی اخیر بوده است.

پژوهش نوین در مجتمع آموزش عالی لارستان

در همین راستا، عبدالکریم افروزه، دانشیار فیزیک در مجتمع آموزش عالی لارستان، تحقیقی پیشگامانه انجام داده است. هدف این پژوهش، بهبود کارایی یک حسگر فیبر نوری برای سنجش دقیق‌تر غلظت گلوکز خون انسان بوده است. این طرح با تکیه بر دانش فیزیک و نانومواد، به‌ویژه با بهره‌گیری از گرافن اصلاح‌شده، راهکاری برای رفع مشکلات روش‌های سنتی و مدل‌های اولیه حسگرهای فیبر نوری ارائه می‌دهد.

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.

طراحی و نوآوری‌های حسگر زیستی

روش کار این محقق بر پایه طراحی یک حسگر زیستی با دقت بالا و قابلیت جبران اثرات تغییر دما استوار است. برای این منظور، از ساختار ترکیبی چند نوع فیبر نوری و یک لایه نقره‌ای همراه با گرافن اصلاح‌شده استفاده شده است. این لایه‌ها با قند خون تعامل برقرار کرده و امکان اندازه‌گیری دقیق را فراهم می‌آورند. از دیگر نوآوری‌های این پژوهش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از روش‌های محاسباتی مانند تبدیل فوریه سریع برای تحلیل همزمان اثرات مختلف در فیبر.
• به‌کارگیری الگوریتمی برای بهبود «خطی بودن» نتایج و افزایش دقت و قابلیت اعتماد دستگاه.

نتایج چشمگیر و کاربردهای گسترده

نتایج آزمایش‌ها نشان‌دهنده عملکرد فوق‌العاده حسگر طراحی‌شده است:

• حساسیت: ۲.۸۱۹ نانومتر بر میلی‌مولار، که امکان آشکارسازی تغییرات کوچک سطح گلوکز را فراهم می‌کند.
• دامنه اندازه‌گیری: بین صفر تا ۱۰ میلی‌مول در لیتر، که برای پایش پزشکی بسیار کاربردی است.
• جبران تغییرات دما: این حسگر توانست تغییرات دما را جبران کند، که یک نقطه ضعف بزرگ در دستگاه‌های مشابه محسوب می‌شود.

این قابلیت جبران دما، نتایج را همواره دقیق نگه می‌دارد و گامی مهم در افزایش اعتماد پزشکان و بیماران به دستگاه‌های نوین پایش قند خون است.

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

انتشار پژوهش

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