مستشعر حيوي ذاتي التشغيل يرصد ويقضي على بكتيريا الإشريكية القولونية في مياه الشرب
سولارابيك – 3 مارس 2025: تمكّن باحثون من تطوير مستشعر حيوي مبتكر يعمل ذاتيًا، قادر على اكتشاف والقضاء على بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli) في مياه الشرب. يشكل هذا الإنجاز قفزة نوعية في مجال تنقية المياه، مما قد يسهم في تحسين إمكانية الوصول إلى مياه نقية وآمنة حول العالم.
تحديات الطرق التقليدية
تعتمد الطرق التقليدية للكشف عن البكتيريا الإشريكية القولونية مثل الزراعة المختبرية أو تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، على إجراءات معقدة تتطلب وقتًا طويلًا، ومعدات خاصة، وخبرات فنية. توفر المستشعرات الحيوية سرعة أكبر في الكشف، لكنها غالبًا ما تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي وتعاني من التدهور بمرور الوقت. إلا أن هذا المستشعر الجديد يتخطى تلك العقبات بفضل تصميمه الذاتي التشغيل، القائم على ثلاثة مكونات رئيسية.
المكونات الرئيسية للمستشعر
- خلية وقود حيوية إنزيمية (EBFC):
تولد هذه الخلية الطاقة ذاتيًا عن طريق تحويل الجلوكوز إلى كهرباء وبيروكسيد الهيدروجين باستخدام إنزيم جلوكوز أوكسيديز (GOx). ولضمان استقراره وكفاءته، يتم تغليف الإنزيم داخل إطار معدني عضوي يُعرف باسم ZIF-8. - الأبتاميرات (Aptamers):
وهي عبارة عن سلاسل قصيرة من الحمض النووي مصممة خصيصًا للارتباط ببكتيريا الإشريكية وترتبط هذه الأبتاميرات بجسيمات الفضة النانوية مما يمنع الجلوكوز من الوصول إلى الإنزيم حتى يتم الكشف عن البكتيريا. بمجرد اكتشاف البكتيريا تحدث تفاعلات كيميائية تسمح بمرور الجلوكوز إلى الإنزيم، مما يؤدي إلى إنتاج إلكترونات تؤكد وجود البكتيريا. - آلية القضاء على البكتيريا:
تستهدف البكتيريا الإشريكية القولونية وتقتلها باستخدام بيروكسيد الهيدروجين، وهو منتج ثانوي لخلية الوقود الحيوي للمستشعر. وهذا يؤكسد جسيمات النانو الفضية، ويطلق أيونات الفضة المضادة للبكتيريا (Ag+)، والتي تتمتع بفعالية عالية في قتل 99.9% من البكتيريا في غضون ساعات.
أداء المستشعر: حساسية ودقة عالية
يتميز المستشعر بقدرة عالية على اكتشاف البكتيريا حتى عند تركيزات منخفضة تصل إلى 3 وحدات تشكيل مستعمرة/مل، ويعتمد على آلية تضخيم الإشارة الكهربائية باستخدام تجميع المشابك التحفيزي (CHA) لزيادة دقته. كما أثبت كفاءته عند اختباره ضد أنواع أخرى من البكتيريا، مثل المكورات العنقودية الذهبية (Staphylococcus aureus) والسالمونيلا (Salmonella)، وظل فعالًا حتى بعد خمس دورات من الاستخدام، مع احتفاظه بنسبة 90% من أدائه الأصلي.
حقق المستشعر نسبة دقة تتراوح بين 91.06% و101.9% في الكشف عن بكتيريا الإشريكية القولونية عند اختباره على عينات من مياه البحر.
آفاق البحث المستقبلي
نتائج اختبار المستشعر الواعدة لم تمنع وجود عوائق تتعلق بالتوسع التجاري والاستخدام طويل الأمد. فعلى الرغم من فعالية أيونات الفضة في مكافحة البكتيريا، إلا أن تراكمها في البيئة قد يؤثر سلبًا على الميكروبات النافعة. لذا، يتطلب الأمر مزيدًا من البحث لتطوير آليات تحكم مدروسة لإطلاق أيونات الفضة، بما يضمن الحفاظ على فعاليتها المضادة للبكتيريا مع تقليل تأثيرها البيئي.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: INTERESTING ENGINEERING
The post مستشعر حيوي ذاتي التشغيل يرصد ويقضي على بكتيريا الإشريكية القولونية في مياه الشرب appeared first on Solarabic سولارابيك. Written by آفاق حياري