Daring AM: آینده تشخیص پاتوژن چاپ سه بعدی است – 3DPrint.com

تشخیص پاتوژن در بسیاری از صنایع، از مراقبت های بهداشتی گرفته تا ایمنی مواد غذایی، ضروری است. هرچه سریع‌تر باکتری‌های مضر یا سایر میکروارگ،سم‌ها شناسایی شوند، بهتر می‌تو،م از مردم در برابر بیماری‌ها و آلودگی محافظت کنیم.

سالانه میلیون ها نفر در سراسر جهان به دلیل عوامل بیماری زا از طریق غذا بیمار می شوند که منجر به مرگ هزاران نفر می شود. تشخیص آهسته می تواند منجر به شیوع، فراخو، محصول و بیماری گسترده شود. به همین دلیل است که بهبود روش‌های تشخیص بسیار مهم است و امروزه پرینت سه بعدی نقشی کلیدی در تشخیص سریع‌تر، ارزان‌تر و کارآمدتر پاتوژن ایفا می‌کند.

دو پیشرفت اخیر نشان می دهد که چگونه پرینت سه بعدی به دانشمندان و محققان کمک می کند تا ابزارهای نوآورانه ای ایجاد کنند که می توانند عوامل بیماری زا را با دقت بیشتر و با هزینه کمتر شناسایی کنند. اولین پیشرفت است به نام پلیمرهای حک شده سطحی (SIP). این مواد دارای قالب های ریزی روی سطح خود هستند که با شکل باکتری های خاص مطابقت دارد و به آنها اجازه می دهد آن باکتری ها را به دام بیاندازند و شناسایی کنند. محققان در موسسه علم و فناوری اوکیناوا در ژاپن از چاپ سه بعدی برای ایجاد این پلیمرها استفاده کرده اند که می توانند در حسگرها یا دستگاه هایی برای تشخیص باکتری های مضر در محیط های مختلف مانند غذا یا آب گنجانده شوند.

پیشرفت دوم الف است تراشه میکروسیال پرینت سه بعدی که می تواند انواع مختلفی از باکتری های موجود در غذا را شناسایی کند در همان زمان توسط دانشمندان در چین ایجاد شده است دانشگاه صنعتی گوانگدونگ و بیمارستان محلی Pu، New District در شانگهای، این تراشه از کانال‌ها و حسگرهای کوچک برای شناسایی سریع باکتری‌های مضر مانند E. coli و Salmonella در نمونه‌های غذا استفاده می‌کند. این فناوری فرآیند تشخیص را سرعت می بخشد و دقت را افزایش می دهد و تضمین ایمنی مواد غذایی را آسان تر می کند.

هر دو پیشرفت به دلیل چندین عامل کلیدی اتفاق می‌افتند: نوآوری فناوری، هزینه‌های کمتر، دقت بهتر و توانایی استفاده از این ابزارها در تنظیمات مختلف. چاپ سه بعدی امکان ایجاد سریع و مقرون به صرفه ابزارها و حسگرهایی را فراهم می کند که می توانند باکتری های مضر را با دقت تشخیص دهند. این امر به پرینت سه بعدی کمک می کند تا نقش مهمی در بهبود روش های تشخیص پاتوژن در صنایع ایفا کند.

نوآوری در فناوری

یکی از پیشرفت‌های کلیدی توسط محققان ژاپنی به دست آمده است که روش جدیدی برای ایجاد SIP با استفاده از چاپ سه‌بعدی ایجاد کرده‌اند. به طور سنتی، ساخت SIP یک فرآیند کند و پیچیده بود که شامل سنتز دستی مواد بود که اغلب منجر به ناسازگاری می شد. در حال حاضر، با استفاده از Formlabs’ Clear Resin V4، دانشمند می تواند به سرعت و با اطمینان این پلیمرها را که برای جذب و شناسایی باکتری های خاص مانند E. coli طراحی شده اند، چاپ کند. این رویکرد پرینت سه بعدی فرآیند را ساده‌تر می‌کند و آن را سریع‌تر، دقیق‌تر و برای کاربردهای مختلف در صنایعی که تشخیص باکتری در آن‌ها حیاتی است، مانند مراقبت‌های بهداشتی و نظارت بر محیط‌زیست مفید می‌سازد.

توسعه مهم دیگر شامل یک تراشه میکروسیال چاپ سه بعدی است که توسط محققان چینی برای شناسایی پاتوژن های منتقله از غذا مانند سالمونلا، لیستریا و E. coli طراحی شده است. این تراشه از حسگرهای آپتامر استفاده می‌کند – مولکول‌های کوچکی که می‌توانند پاتوژن‌های خاصی را شناسایی کرده و به آن‌ها متصل شوند. طراحی تراشه به آن اجازه می‌دهد تا چندین پاتوژن را به طور همزمان شناسایی کند، که پیشرفت بزرگی نسبت به روش‌های قدیمی‌تر است که تنها می‌توانستند یک نوع باکتری را در یک زمان آزمایش کنند.

مقرون به صرفه بودن

یکی از مهمترین مزایای استفاده از پرینت سه بعدی برای تشخیص پاتوژن کاهش هزینه است. روش‌های سنتی اغلب به تج،ات پرهزینه نیاز دارند، مانند ماشین‌های PCR، که می‌تواند از 15000 دلار تا 100000 دلار متغیر باشد، یا فلوسیتومترهایی که می‌تواند بیش از 100،000 دلار باشد. حتی ابزارهای پیشرفته‌تر مانند طیف‌سنج‌های جرمی می‌توانند بین 100000 تا 500000 دلار قیمت داشته باشند. علاوه بر این، این ماشین‌ها برای کار ، به مواد تخصصی و پرسنل آموزش‌دیده نیاز دارند که آزمایش را کند و پرهزینه می‌کند، به‌ویژه وقتی با دسته‌های بزرگی از نمونه‌ها سروکار داریم، مانند پردازش مواد غذایی یا آزمایش آب.

در عوض، SIPهای چاپ سه بعدی جدید از مواد ارزان‌تر و در دسترس‌تر مانند رزین شفاف استفاده می‌کنند که ،ید آن آسان است. چاپگرهای سه بعدی SLA که در این فرآیند استفاده می‌شوند نیز در مقایسه با تج،ات تشخیص بیماری‌زای سنتی مقرون به صرفه‌تر هستند. این چاپگرها با استفاده از لیزر برای پخت لایه به لایه رزین مایع کار می کنند و امکان ایجاد قالب های باکتریایی دقیق روی سطح پلیمرها را فراهم می کنند. به گفته محققان، از آنجایی که این روش نیاز به سنتز دستی پلیمر را که کار فشرده و مستعد خطا است، بی نیاز می کند، هزینه کلی تولید بسیار پایین تر است و به شرکت ها و آزمایشگاه های بیشتری اجازه می دهد تا از تکنیک های پیشرفته تشخیص بیماری زا استفاده کنند بدون اینکه بودجه خود را از بین ببرند. .

به طور مشابه، سنسور تراشه پرینت سه بعدی که برای تشخیص پاتوژن های غذایی استفاده می شود، راه حل مقرون به صرفه ای است. این تراشه را می توان با استفاده از پرینت سه بعدی به تولید انبوه رساند و برای کار به تج،ات تخصصی نیاز ندارد. این امر باعث می‌شود که تولیدکنندگان کوچک‌تر مواد غذایی که منابع لازم برای سرمایه‌گذاری در سیستم‌های آزمایشی پیچیده را ندارند اما می‌خواهند محصولات خود را ایمن نگه دارند و از مصرف‌کنندگان در برابر بیماری‌های ناشی از غذا محافظت کنند، در دسترس باشد.

دقت و حساسیت

هم SIP های چاپ شده سه بعدی و هم حسگر تراشه دقت و حساسیتی را در تشخیص پاتوژن ها نشان می دهند. SIPها می‌توانند باکتری‌های خاص را حتی در محیط‌هایی که انواع مختلفی از باکتری‌ها در آن‌ها وجود دارند، به دقت شناسایی کنند. این مهم است زیرا از مثبت کاذب جلوگیری می کند، که می تواند زم، اتفاق بیفتد که سایر باکتری های غیر مضر با نتایج تداخل داشته باشند.

SIP ها این کار را با استفاده از فرآیندی به نام چاپ سطحی انجام می دهند که حفره های ریزی روی سطح پلیمر ایجاد می کند که کاملاً با شکل باکتری هایی که برای شناسایی طراحی شده اند مطابقت دارد. به گفته محققان، این حفره‌ها به قدری دقیق هستند که می‌توانند باکتری‌های هدف را در حالی که دیگران را نادیده می‌گیرند «به دام بیاندازند» که منجر به نتایج بسیار دقیقی می‌شود.

تراشه پرینت سه بعدی نیز بسیار حساس است. می‌تواند سطوح بسیار پایین پاتوژن‌ها را شناسایی کند – تا تنها 10 واحد تشکیل‌دهنده کلنی در میلی‌لیتر (CFU/mL). دانشمندان بیان می‌کنند که این مقدار بسیار کمتر از میزان باکتری‌هایی است که باعث بیماری در انسان می‌شوند و این تراشه را به ابزاری عالی برای تشخیص زودهنگام در کاربردهای ایمنی مواد غذایی تبدیل می‌کند. تشخیص زودهنگام آلودگی به شرکت ها کمک می کند تا به سرعت از شیوع بیماری های ناشی از غذا جلوگیری کنند.

برنامه های کاربردی همه کاره

چاپ سه بعدی به این ابزارهای تشخیص بیماری زا اجازه می دهد تا در صنایع و کاربردهای مختلف استفاده شوند. به ،وان مثال، SIPهای چاپ شده سه بعدی را می توان در تشخیص پزشکی، نظارت بر محیط زیست و بیوتکنولوژی به کار برد. از آنجایی که SIP ها برای شناسایی باکتری ها طراحی شده اند، می توان از آنها برای نظارت بر منابع آب، ردیابی آلودگی باکتریایی در خاک، یا حتی در فرآیندهای ،ر صنعتی که کنترل رشد باکتری ها مهم است، استفاده کرد.

به طور مشابه، سنسور تراشه پرینت سه بعدی در صنعت ایمنی مواد غذایی بسیار ارزشمند است، جایی که می توان از آن برای آزمایش عوامل بیماری زا در بسیاری از محصولات، از گوشت خام گرفته تا غذاهای فرآوری شده استفاده کرد. توانایی آن در تشخیص چندین عامل بیماری زا به طور همزمان، آن را برای آزمایش در مقیاس بزرگ ایده آل می کند و زمان و هزینه مورد نیاز برای اطمینان از ایمن بودن محصولات غذایی برای مصرف کنندگان را کاهش می دهد.

علاوه بر این، از آنجایی که چاپ سه بعدی امکان سفارشی‌سازی سریع را فراهم می‌کند، هم SIP و هم تراشه را می‌توان برای شناسایی انواع مختلف پاتوژن‌ها بسته به نیازهای خاص صنعت طراحی کرد.

سرعت و کارایی

سرعت در تشخیص پاتوژن بسیار مهم است، زیرا تاخیر می تواند منجر به آلودگی و بیماری گسترده شود. روش های سنتی، مانند کشت سلولی و تعیین توالی DNA، زمان زیادی طول می کشد تا نتایج حاصل شود. در عوض، SIPهای پرینت سه بعدی را می توان در کمتر از شش ساعت ساخت و نسبت به روش های قدیمی به زمان عملی بسیار کمتری نیاز دارند.

تراشه پرینت سه بعدی نیز بسیار کارآمدتر است. به گفته محققان، این تراشه می تواند به طور خودکار نمونه های غذا را با استفاده از سیستم دریچه توقف به حسگرها منتقل کند و روند تشخیص را تسریع کند. این سیستم امکان آزمایش سریع چندین پاتوژن را به طور همزمان فراهم می کند و زمان مورد نیاز برای بررسی ایمنی مواد غذایی را تا حد زیادی کاهش می دهد.

این پیشرفت‌ها در تشخیص پاتوژن نمونه دیگری از این است که چگونه فناوری چاپ سه‌بعدی مرزهای ممکن را پیش می‌برد. در واقع، پرینت سه بعدی به اثبات پتانسیل خود ادامه می دهد و راه حل های سریع تر، ارزان تر و دقیق تری ارائه می دهد. با تکامل این فناوری، توانایی آن در تغییر صنایع مختلف واضح‌تر می‌شود و نشان می‌دهد که چاپ سه بعدی چقدر می‌تواند در مواجهه با چالش‌های دنیای واقعی قدرتمند و همه‌کاره باشد.