استفاده از ژل‌ها ‌برای شناسایی کوکائین

محققان چینی نوعی از هیدروژل‌های شبکه شده توسط آپتامر^* را ساخته‌اند که با قرار گرفتن در معرض مقدار کمی از کوکائین رنگ آنها از آبی یا قرمز روشن تا بی‌رنگ تغییر می‌کند. در این روش هیچ آزمون پیچیده‌ای نیاز نیست و انتظار می‌رود که این ژل‌ها ‌تست‌های بصری سریعی را برای شناسایی مقدارهای کمی از مولکول‌هایی نظیر دارو، مواد منفجره یا آلودگی آبها‌، فراهم کند.

اساس کار این روش در شکل (۱) نشان داده شده است. دو قطعه DNA یا همان رشته‌های A و B به زنجیر خطی پلی آکریل آمید پیوند زد می‌شوند تا رشته‌های پلیمری A و B ، یعنی PS-A و PS-B، را ایجاد کنند. رشته‌های DNA در A و B مکمل برخی از زنجیرهای آپتامر یک DNA هستند. با اضافه شدن آپتامر Linker-Apt واکنش پیوند زنی رشته‌های A و B با زنجیر آپتامر شروع می‌شود، در نتیجه پلیمر خطی پلی آکریل آمید دچار اتصال عرضی می‌شود. با پیشرفت فرایند پیوند زنی، درصد شبکه‌ای شدن افزایش می یابد، که منجر به افزایش ویسکوزیته محلول می‌شود. در نهایت پلیمر بصورت ژل در می‌آید. با وارد شدن یک ماده هدف به سامانه، آپتامر به آن ماده متصل می‌شود و بواسطه کاهش چگالی اتصالات عرضی ناشی از بهم چسبیدن هدف و آپتامر، ساختار ژل از بین می‌رود.

در صورتیکه یک آنزیم بهمراه آپتامر به سامانه اضافه شود، آنزیم در داخل شبکه سه بعدی هیدروژل بدام می‌افتد. (در شکل۱ آنزیم با نماد صورتی نشان داده شده است.) با اضافه شدن ماده هدف و حل شدن ژل، آنزیم آزاد می‌شود و می‌تواند بعنوان یک علامت شناسایی عمل کند. با انجام یکسری کارها، به سامانه‌ای می‌رسیم که با چسبیدن هدف یک واکنش آنزیمی انجام می‌شود که منجر به تغییر رنگ زمینه می‌شود. در نتیجه با این کار یک شناساگر بصری ساخته‌ایم. بدلیل اینکه این پلاتفورم رنگی هیدروژلی شبکه شده با آپتامر می‌تواند در معرض هدف هر لیگاندی که آپتامر مربوط به آن وجود دارد، قرار گیرد، انتظار داریم که از آن برای کاربردهای شناسایی زیادی در زمینه های مختلف استفاده شود.

شکل ۱٫ نحوه عملکرد هیدروژل‌های شبکه شده بعنوان شناساگرهای بصری

در این کار ماده هدف کوکائین انتخاب شد و بر اساس آن آزمایشات صورت گرفت. بمنظور دست یافتن به تغییر رنگی محسوس با فروپاشی ژل، محققان نانو ذرات طلا را در ساختار آن گیر انداختند. با فرار این ماده ژل روشن می‌شود. برای بهبود عملکرد، این تیم تحقیقاتی آنزیم‌های آمیلاز را در ساختار ژل گیر انداختند. سپس ژل را با آمیلوز و ید برنگ آبی تیره در آوردند. همزمان با فروپاشی ژل، آنزیم آزاد می‌شود و آمیلوز فرو می‌پاشد و رنگ ژل تغییر می‌کند.

شکل۲٫ تغییر رنگ هیدروژل بواسطه وجود مولکول‌های کوکائین

بر اساس گفته محققان با استفاده از این روش ظرف مدت ده دقیقه می‌توان مقداری به کمی تنها ۲۰ گرم از کوکائین را بصورت بصری شناسایی کرد، که قابل مقایسه با دیگر روش‌های معمول است که نیازمند دستگاه‌های پیچیده می باشند. با این وجود، با تلفیق آپتامرهای مختلف در ژل، پتانسیل خوبی در آن ایجاد می‌شود که آنرا برای شناسایی مواد مختلف توانا می‌سازد. کالین مککوی در دانشگاه کوین انگلیس می‌گوید: « در صورتی که آپتامرهای مناسبی برای این سیستم تهیه شود، می‌تواند برای شناسایی مولکول‌های کوچک زیادی بکار رود.»

قیمت کم و کاربرد آسان، این روش را برای کاربردهای زیادی از امنیت فرودگاه‌ها تا شناسایی بیماری در مناطق سانحه دیده، آماده کرده است. مککوی می‌گوید: “رفتن بسوی ابزارهای کمی بجای ابزارهای کیفی نسبتاً آسان است که این موضوع پیشرفتی واقعی است”. محققان می‌گویند این تکنولوژی پتانسیل زیادی دارد و باید برای گستره‌ی وسیعی از کاربردهای شناسایی استفاده شود.

* آپتامر مولکول‌های پپتیدی یا الگیونوکلئیک اسیدی (oligonucleic acid) هستند که می‌توانند به مولکول‌های خاصی بچسبند.

————————

RSC Chemistry World