بقلم بيساخ بنسون • 2 ديسمبر 2025
القدس، 2 ديسمبر 2025 (TPS-IL) — طور علماء إسرائيليون مستشعر غاز يمكنه التمييز بين الجزيئات “المرآوية” في الهواء، وهو تقدم قد يُحدث ثورة في التشخيص الطبي، ومراقبة جودة الأغذية والمشروبات، والرصد البيئي، وصناعة الأدوية، حسبما أعلنت الجامعة العبرية في القدس.
من خلال الكشف عن اختلافات هيكلية دقيقة في المركبات المتطايرة، يمكن للمستشعرات تشغيل اختبارات تنفس غير جراحية لأمراض مثل سرطان الرئة أو السكري، وتتبع التغيرات في المرض بمرور الوقت، وضمان الاتساق في النكهة والرائحة في الأطعمة والعطور. كما يمكنها المساعدة في تحديد التلف أو التلوث قبل وصول المنتجات إلى المستهلكين.
الجزيئات المرآوية، والتي تسمى أيضًا الجزيئات الكيرالية، هي أزواج من الجزيئات لها نفس الصيغة الكيميائية ولكنها مرتبة مثل اليدين اليمنى واليسرى – متطابقة في التركيب ولكن غير قابلة للتطابق. على الرغم من أنها تبدو متطابقة تقريبًا، إلا أن الشكلين يمكن أن يكون لهما تأثيرات مختلفة جدًا، مثل إنتاج روائح أو نكهات أو استجابات بيولوجية مميزة.
نُشرت الدراسة، التي تفصل تصميم المستشعرات واختبارها وتطبيقاتها المحتملة، في مجلة Chem. Eur. J. التي تخضع لمراجعة الأقران.
يستخدم المستشعر أنابيب كربونية نانوية مغطاة بمستقبلات سكرية مصممة خصيصًا، والتي تعمل مثل قفل ومفتاح جزيئي للتفاعل مع مواد كيميائية معينة محمولة جواً. وقال البروفيسور شلومو يتشاييك، أحد المشرفين على الدراسة: “بإضافة طلاء سكري، أنشأنا بنية كيميائية دقيقة حول المستشعر يمكنها التفاعل حتى مع جزيئات الرائحة ذات الارتباط الضعيف جدًا”.
أظهر فريق البحث، بقيادة أرييل شتريت ويوناتان سوخاران تحت إشراف يتشاييك والبروفيسور متان هوريفيتش، أن المستشعرات يمكنها التمييز بوضوح بين الأشكال المرآوية لليمونين والكارفون، وهما جزيئان عطريان شائعان، مع عدم إظهار أي رد فعل تجاه الأشكال المماثلة من ألفا-بينين. بشكل ملحوظ، اكتشفت المستشعرات جزيء (–)-ليمونين بتركيزات منخفضة تصل إلى 1.5 جزء في المليون، وهي أكثر حساسية بعشر مرات تقريبًا من العديد من الطرق المماثلة.
تأتي فعالية المستشعرات من التفاعل بين الأنابيب النانوية المغطاة بالسكر والجزيئات المحمولة جواً. باستخدام القياسات الكهربائية جنبًا إلى جنب مع المحاكاة الحاسوبية بالتعاون مع جامعة دريسدن التقنية وجامعة فريدريش شيلر جينا في ألمانيا، وجد الباحثون أن كل صورة مرآوية جزيئية ترتبط بشكل مختلف قليلاً بالمستقبل. هذه الاختلافات الطفيفة تغير حركة الإلكترون في الأنابيب النانوية، مما ينتج عنه تغييرات قابلة للقياس في الإشارة الكهربائية.
قال هوريفيتش: “إن فهم كيفية تأثير التركيب الجزيئي على أداء المستشعر يمنحنا مخططًا لتصميم مستقبلات شم اصطناعية أفضل”. من خلال اختبار تصميمات مستقبلات مختلفة، حدد الفريق الميزات الكيميائية التي تحسن الانتقائية، مما يمهد الطريق لمستشعرات أكثر دقة وتنوعًا.
يعد البحث جزءًا من اتحاد SMELLODI الأوروبي، الذي يستكشف الروابط بين رائحة الجسم وإدراك الشم والحالات الفسيولوجية والعاطفية. يعد التحليل غير الجراحي للمركبات العضوية المتطايرة – بما في ذلك الجزيئات المرآوية – هدفًا رئيسيًا للمشروع، مع تطبيقات محتملة في مراقبة الصحة والسلامة البيئية والصناعة.
شكل تحويل جزيئات السكر، التي تذوب عادة في الماء، إلى مستشعرات غاز مستقرة وعملية تحديًا كيميائيًا وهندسيًا كبيرًا. تغلب الفريق على ذلك من خلال إنشاء نظام من جزأين: مستقبلات قابلة للتعديل قائمة على السكر مرتبطة كيميائيًا بالمواد النانوية الكربونية. يمكن ضبط التصميم بدقة عن طريق تغيير “إطار” السكر أو المجموعات الكيميائية المرتبطة به، مما يتيح قدرات كشف مخصصة.
بالإضافة إلى الرعاية الصحية والغذاء، يمكن أن يكون للمستشعرات تطبيقات في الرصد البيئي وصناعة الأدوية. يمكنها اكتشاف ملوثات الهواء أو التسربات الكيميائية عند مستويات منخفضة للغاية، مما يحسن السلامة لكل من الأشخاص والنظم البيئية. في تصنيع الأدوية والبحث الكيميائي، يمكن للمستشعرات التحقق من نقاء وتكوين الجزيئات الكيرالية، والتي غالبًا ما يكون لها تأثيرات بيولوجية مختلفة اعتمادًا على شكلها المرآوي، مما يساعد على ضمان أن المنتجات آمنة وفعالة.
بالنظر إلى المستقبل، يعتقد الباحثون أن الأدوات الحسابية، بما في ذلك محاكاة الفيزياء المتقدمة والتعلم الآلي، يمكن أن تسرع إنشاء تصميمات مستقبلات جديدة، مما يوسع نطاق الجزيئات المحمولة جواً القابلة للكشف وأشكالها المرآوية.
قال شتريت: “يُظهر عملنا أنه يمكن التقاط التغييرات الطفيفة في التركيب الجزيئي بشكل موثوق باستخدام أنابيب نانوية مغطاة بالسكر”. “هذا يفتح الباب لأنظمة الاستشعار الإلكترونية التي كان يُعتقد سابقًا أنها مستحيلة.
المواضيع ذات الصلة
