ورق حيوي نشط

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الورق الحيوي النشط عبارة عن مستشعر ورقي قادر على تحديد الملوثات المختلفة في الطعام والماء. طُوّر لأول مرة عام ٢٠٠٩، وما زالت الأبحاث جارية بشأنه، وفي عام ٢٠١١ مُنح منحة لمدة خمس سنوات بقيمة ٧.٥ مليون دولار كندي. [ ١ ] وقد طُوّر في مرحلة المستشعر الحيوي ، ما يعني قدرته على كشف المبيدات [ ٢ ]، ولكنه لا يزال غير قادر على صدّ السموم وتعطيلها. مع ذلك، فإن قدرته على كشف المخاطر المحتملة لها تطبيقات مهمة في مجال صحة الإنسان وسلامته. [ ٣ ] من مزايا الورق الحيوي النشط أنه بسيط، سهل الحمل، قابل للاستخدام لمرة واحدة، وغير مكلف. [ ٤ ]

تطوير

طُوِّرت الورقة النشطة بيولوجيًا بواسطة شبكة سينتينل الكندية للورق النشط بيولوجيًا، وهي اتحاد يضم باحثين وشركاء من القطاع الصناعي والجامعي وطلابًا. [ 1 ] تستضيف جامعة ماكماستر في هاميلتون، أونتاريو، الشبكة ، ويقودها الدكتور روبرت بيلتون، المدير العلمي، والدكتور جورج روزنبرغ، المدير الإداري .

طوّر جون برينان وفريقه البحثي في ​​جامعة ماكماستر طريقةً لإنتاج ورق حيوي نشط، وذلك بطباعة مستشعرات حيوية للكشف عن الملوثات، تعتمد على مزيج من الأجسام المضادة والإنزيمات والأبتاميرات أو العاثيات ، على بنية الورق. [ 1 ] تلتصق هذه المزيجات بمسببات الأمراض والملوثات الأخرى، مما ينتج عنه استجابة قابلة للكشف. تأتي المواد الكيميائية النشطة بيولوجيًا على شكل "حبر" يمكن طباعته أو تغليفه أو تشريبه على الورق أو داخله باستخدام عمليات صناعة الورق والطباعة عالية السرعة الحالية. يُغلّف هذا الحبر في طبقات متعددة، وهو مشابه للحبر الموجود في خراطيش الطباعة العادية ، ولكنه يحتوي على إضافات خاصة تجعله متوافقًا حيويًا .

يتكون هذا الحبر الحيوي من جزيئات نانوية من السيليكا المتوافقة حيوياً ، تُرسب أولاً على الورق، ثم يُطبق حبر آخر يحتوي على الإنزيم. ينتج عن ذلك طبقة رقيقة من الإنزيم محصورة داخل السيليكا على الورق. [ 5 ] عند تعريض الورق لمادة سامة، تتغير ألوان جزيئات الحبر تبعاً لكمية السموم في العينة.

على الرغم من أن الورق الحيوي النشط غير متوفر للجمهور بعد، إلا أنه يقترب من طرحه تجارياً. يتميز هذا الورق أيضاً بفترة صلاحية طويلة ، حيث ذكر الباحثون أنه يمكن استخدام الشريط بفعالية لمدة شهرين على الأقل عند تخزينه بشكل صحيح.

التطبيقات

يُمكن استخدام الورق النشط بيولوجيًا حاليًا في مكافحة الإرهاب البيولوجي وسلامة الغذاء ، لقدرته على الكشف عن أستيل كولين إستراز ، أو عامل الأعصاب . [ 3 ] وبفضل هذا التطور، أصبح الورق النشط بيولوجيًا منتجًا ذا أهمية بالغة للجيش وصناعة التغليف. [ 3 ] وبينما تُبذل الجهود لتطوير المزيد من تطبيقات الورق النشط بيولوجيًا، توجد حاليًا أربعة مجالات رئيسية لاستخدامه وبحوثه: المقايسة الحيوية الورقية أو الأجهزة التحليلية الورقية لمعالجة العينات؛ والكشف عن مسببات الأمراض لمراقبة جودة الغذاء والماء؛ ومكافحة التزييف والغش في صناعات التغليف والبناء؛ وتعطيل البكتيريا الممرضة باستخدام الورق المضاد للميكروبات. [ 5 ]

الأمراض المنقولة بالغذاء

يُصاب سكان الولايات المتحدة الأمريكية بحوالي 76 مليون شخص بأمراض منقولة بالغذاء، مما يؤدي إلى دخول أكثر من 325 ألف شخص إلى المستشفيات ووفاة 5 آلاف شخص [ميد وآخرون، 1999]. وتُعزى معظم هذه الأمراض إلى بكتيريا كامبيلوباكتر ، والسالمونيلا ، والإشريكية القولونية O157:H7 ، والليستيريا المستوحدة . ونتيجةً لذلك، تتجاوز النفقات الطبية السنوية المتعلقة بهذه المُمْرِضات حاليًا 7 مليارات دولار أمريكي. ويُعدّ تثقيف المستهلكين، إلى جانب الكشف الموثوق والبسيط عن المُمْرِضات في المنتجات الغذائية، أفضل طريقة للحدّ بشكلٍ كبير من انتشار هذه الأمراض.

أحدث التطورات تمثلت في القدرة على كشف المبيدات الحشرية في الطعام حتى بعد غسله. ويُعد هذا الابتكار مفيدًا للدول النامية التي قد تستخدم مبيدات حشرية محظورة في غذائها لأنها أرخص ثمنًا.

تلوث المياه

في الدول النامية ، غالبًا ما تكون جودة المياه مشكوكًا فيها، مما يُجبر السكان المحليين على تجربة أنظمة ترشيح بدائية، مثل استخدام أقمشة غير صحية في محاولة يائسة لتوفير مياه صالحة للشرب. من الواضح أن هذه الطريقة غير موثوقة، ونادرًا ما تكون النتائج آمنة للاستهلاك، خاصة بعد الفيضانات والكوارث الطبيعية الأخرى . تخيّل فوائد شريط ورقي حيوي، عند غمسه في عبوات صغيرة من الماء، يُمكنه إزالة مسببات الأمراض، ويُعطي المستخدم مؤشرًا لونيًا يُشير إلى أن الماء آمن للاستخدام.

الرعاية الصحية

ومن الاستخدامات المحتملة الأخرى للورق النشط بيولوجيًا صناعة أقنعة الوجه التي تحمي العاملين في مجال الرعاية الصحية عن طريق ربط الفيروسات بشكل فعال وتثبيتها على سطح المرشح مما يمنعها من المرور عبر مسام المرشح.

التغليف

نظراً لسهولة اختبار مكونات معينة باستخدام الورق النشط بيولوجياً، هناك اهتمام متزايد باستخدامه في صناعة التغليف. وتحديداً، تدرس الشركات استخدام هذا النوع من الورق كوسيلة للكشف عن المنتجات المقلدة أو التلاعب بها. [ 4 ] وتشمل الاستخدامات الأخرى الكشف عن الميكروبات أو خصائصه المضادة للميكروبات المحتملة. [ 4 ]

مراجع

  1. ١ ٢ ٣ "أبحاث الورق النشط بيولوجيًا تتلقى تمويلًا إضافيًا لتطوير الورق النشط بيولوجيًا" . PaperMoney . ٢٠١١-٠٣-٠١ . تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٠١٨-٠٣-٠١ .
  2. ↑ كافروك، مراد؛ أوزالب، ولي جنكيز؛ أوكتم، حسين عوني (2013). "جهاز استشعار محمول قائم على الورق النشط بيولوجيًا لتقدير كمية المبيدات الحشرية" . مجلة الطرق التحليلية في الكيمياء . 2013 : 1 – 8. دوى : 10.1155/2013/932946 . بمك 3736481 . بميد 23971002 .  
  3. 1 2 3 بيلتون، روبرت (2009). "الورق النشط بيولوجيًا يوفر منصة منخفضة التكلفة للتشخيص" . مجلة TrAC للاتجاهات في الكيمياء التحليلية . 28 (8): 925-942 . doi : 10.1016/j.trac.2009.05.005 . PMC 7127295. PMID 32287534 .  
  4. كونغ ، فانزي ؛ هو، ييم فون (2012). "تقنيات تثبيت الجزيئات الحيوية لتصنيع الورق النشط بيولوجيًا". الكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية التحليلية . 403 (1): 7-13 . doi : 10.1007/s00216-012-5821-1 . PMID 22367243. S2CID 25919168 .  
  5. 1 2 تشاو، تشنغيانغ؛ تيان، جونفي؛ وو، تشانغشيونغ؛ ليو، جيان؛ تشاو، دونغ يوان؛ شين، وي؛ هي، ليتشونغ (28-08-2013). "تعزيز الاستقرار الإنزيمي للأوراق النشطة بيولوجيًا عن طريق زرع قضبان نانوية من السيليكا المسامية المتوسطة المثبتة عليها إنزيمات في الورق". مجلة كيمياء المواد ب . 1 (37): 4719-4722 . doi : 10.1039/c3tb20953a . ISSN 2050-7518 . PMID 32261154 .  
  • حسين، إس إم زد؛ لوكهام آر إي؛ سميث، إيه إم؛ ليبرت، جيه إم؛ ديفيز، إل إم؛ بيلتون، آر؛ فيليبي، سي دي إم؛ برينان، جيه دي "تطوير مستشعر ورقي حيوي للكشف عن السموم العصبية باستخدام الطباعة النفاثة الكهروإجهادية للأحبار الحيوية المشتقة من سول-جل ." مجلة الكيمياء التحليلية، 2009، قيد النشر.
  • جبران، ت.؛ دوبي م.؛ مانجين، ب.ج. "تثبيت العاثيات على سطح الورق: تأثير طبقة الطلاء المسبق الكاتيونية." في الاجتماع السنوي الخامس والتسعين لـ PAPTAC، مونتريال، 2009؛ الصفحات 311-315.
  • بيلتون، ر. "الورق النشط بيولوجيًا - منصة منخفضة التكلفة للتشخيص." اتجاهات الكيمياء التحليلية. 2009، سيتم نشره.
  • Zhao, WA; Ali, MM; Aguirre, SD; Brook, MA; Li, YF “الفحوصات الحيوية القائمة على الورق باستخدام مجسات قياس الألوان النانوية الذهبية.” Anal. Chem., 2008, 80 (22): 8431-8437.
  • Zhao, W.; Brook, MA; Li, YF “تصميم فحوصات الاستشعار الحيوي اللونية القائمة على جسيمات الذهب النانوية.” ChemBioChem, 2008, 9 (15), 2363-2371.
  • Zhao, W.; Chiuman, W.; Lam JCF; Mcmanus, SA; Chen, W.; Cui, Y; Pelton, R.; Brook, MA; Li, Y. “DNA aptamer folding on gold nanoarticles: From colloid chemistry to biosensors.” J. Am. Chem., 2008, 130 (11): 3610-3618.