توسعه حسگر نانویی پرتابل برای پایش آنی و ارزان فلزات سنگین در آب

فناوری نانو افق‌های نوینی را در پایش سلامت منابع زیستی گشوده است؛ سامانه‌ای پرتابل بر پایه نقاط کوانتومی و آپتامرها توسعه یافته که سنجش دقیق آلاینده‌های سمی آب را در محل میسر می‌سازد.

گذار از آزمایشگاه‌های سنتی به پایش میدانی

روش‌های متداول برای سنجش فلزات سنگین مانند طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) و طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-MS) دقت بالایی دارند، اما به تجهیزات گران‌قیمت، فرایندهای زمان‌بر و نیروی متخصص متکی هستند. این محدودیت‌ها پایش سریع منابع آبی در محیط‌های میدانی را با چالش جدی مواجه می‌کند.

معماری حسگر نانوزیستی آکوافلوسنس

سامانه آکوافلوسنس (AquaFluoSense) با تلفیق نقاط کوانتومی تلورید کادمیم (CdTe) و آپتامرهای اختصاصی DNA طراحی شده است. نقاط کوانتومی به دلیل حساسیت نوری فوق‌العاده، پس از تحریک با نور فرابنفش، تابش فلورسانس ساطع می‌کنند.

آپتامرهای تک‌رشته‌ای DNA با اتصال اختصاصی به یون‌های سرب و آرسنیک، تغییر ساختاری می‌دهند که مستقیماً شدت سیگنال فلورسانس نانوذرات را دگرگون می‌کند.

ویژگی‌ها و مشخصات فنی سامانه

این دستگاه با بهره‌گیری از قطعات الکترونیکی ساده و مقرون‌به‌صرفه پیاده‌سازی شده و از بخش‌های زیر تشکیل شده است:

• تحریک‌کننده نوری: دیود فرابنفش (LED) با طول موج مشخص
• سیستم اپتیکی: عدسی‌های دوکوژ و فیلترهای حذف امواج مزاحم
• آشکارساز: فوتودیود دریافت سیگنال و ریزکنترلگر پردازشی
• نمایشگر: صفحه LCD برای نمایش لحظه‌ای غلظت بدون نیاز به تجهیزات جانبی

ارزیابی دقت و عملکرد در شرایط واقعی

نتایج سنجش نمونه‌های آب در مقایسه با روش مرجع آزمایشگاهی، کارایی درخشان این حسگر را اثبات کرده است:

چشم‌انداز و گام‌های آینده

آزمایش‌های میدانی نشان داده‌اند که حضور املاح طبیعی و ترکیبات آلی در آب‌های محیطی، تداخلی در عملکرد گزینشی این حسگر ایجاد نمی‌کند. گام‌های بعدی این پژوهش شامل افزودن امکاناتی چون کالیبراسیون خودکار، شناسایی هم‌زمان چندین آلاینده و تحلیل داده‌ها مبتنی بر هوش مصنوعی خواهد بود تا هشدار سریع آلودگی در نقطه وقوع ممکن شود.