یکی از مهم‌ترین مشکلاتی که نیاز به نظارت روتین دارد، عوامل بیماری‌زای ناقل بوسیله آب، مانند کریپتوسپوریدیوم پارووم (Cryptosporidium parvum) است. این عامل بیماری‌زا، آب آشامیدنی را آلوده می‌کند و حتی در غلظت کم باعث عوارض جدی در سلامتی می‌شود. برای جلوگیری از بروز میکروارگانیسم‌های مضر زیست‌محیطی، چندین نهاد بهداشتی درمانی، سازمان نظارتی و بخش‌های صنعتی، نظارت روتین خود را انجام می‌دهند تا از آلودگی به عوامل بیماری‌زای مضر پیشگیری نمایند. با این حال، این بخش‌های زیست محیطی نیازمند سیستم‌های تشخیصی پیچیده‌تر و یا کیت‌های آزمایشی هستند که حساس‌تر، قابل‌حمل و مقرون‌به‌صرفه باشند.
پژوهشگران علم نانو با موفقیت کیت تشخیص عوامل بیماری‌زا با حساسیت بسیار بالا، نانوحسگرهای زیستی و تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته حساس و با قابلیت اطمینان بیشتر را ایجاد کرده‌اند. به تازگی از نانوحسگرهای-DNA برای تشخیص آلاینده‌های میکروبی مضر، سموم و آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای اخیر نانوحسگرهای-DNA برای نظارت بر محیط‌زیست در زیر بحث شده است.
تشخیص عوامل بیماری‌زا
آلودگی آب و محصولات غذایی به یک مشکل جهانی تبدیل شده‌است. در نتیجه، تشخیص زودهنگام عوامل بیماری‌زای میکروبی مضر مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها در کم‌ترین غلظت ممکن، برای جلوگیری از شیوع بیماری‌های مسری، اپیدمی‌ها یا حتی شرایط شبیه-اپیدمی ضروری است.
نانوحسگرهای-DNA انواع میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا مانند باسیلوس سوبتیلیس، ویبریو کلرا، آسپرژیلوس اس‌پی، اشریشیا کلی، استافیلوکوک اورئوس مقاوم به متی‌سیلین (MRSA) و کاندیدا اس‌پی را تشخیص می‌دهند. پژوهشگران توضیح دادند که در تشخیص میکروب V. cholera ناقل بوسیله آب، نانوحسگر-DNA ژن O1 OmpW را با دو پروب DNA تشخیص می‌دهد. یکی از رایج‌ترین نانوحسگرهای-DNA که برای تشخیص میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود، نانوحسگرهای DNA مبتنی بر AuNP است. MRSA به دلیل وجود ژن مسئول تولید پروتئین متصل به پنی‌سیلین و mecA مقاومت آنتی‌بیوتیکی ایجاد می‌کند. نانوحسگرهای آپتامر DNA کربوکسی فلورسین این مکان‌های هدف را برای تعیین MRSA تشخیص می‌دهند.
تشخیص آنتی‌بیوتیک‌ها
استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها در دامپروری‌ها برای انسان‌ها و حیوانات بسیار خطرناک است. تشخیص آنتی‌بیوتیک‌های آلوده برای صنعت دامپروری و صنعتی که آنتی‌بیوتیک‌ها را تولید می‌کند، ضروری است. از نانوحسگرهای-DNA برای شناسایی آنتی‌بیوتیک‌های مختلف در محیط‌های زیستی پیچیده و آب استفاده می‌شود. تشخیص افلوکساسین در آب و نمونه‌های ادرار سنتزی با استفاده از نانوحسگرهای آپتامر-AuNP انجام می‌شود.
تشخیص کانامایسین موجود در گوشت خوک و جگر مرغ با استفاده از نانوحسگرهای مبتنی بر آپتامر DNA انجام می‌شود. آمپی‌سیلین در سرم انسان، نمونه‌های شیر و آب رودخانه با نانوحسگرهای آپتامر نانوصفحه الکترود طلا تشخیص داده می‌شود. این نانوحسگر مبتنی بر DNA برای شناسایی کاربندازیم (carbendazim) در آب پرتقال موجود در بازار و کاهو نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. نانوحسگرهای الکتروشیمیایی مبتنی بر آپتامر DNA برای تشخیص آنتی‌بیوتیک‌های مختلف، ابزارهای تجزیه‌ای تسهیم‌شده بسیار حساس، سریع، اختصاصی و مقرون به صرفه‌ای هستند.
تشخیص سموم دفع آفات
از آنجا که مصرف آفت‌کش‌ها برای انسان‌ها بسیار مضر است، استانداردهای ایمنی مواد غذایی به ابزارهای پیچیده و حساسی برای تشخیص آفت‌کش‌ها نیاز دارد. نانوحسگرهای مبتنی بر DNA سموم دفع آفات مانند کاربامات‌ها، تری‌آزین‌ها، ارگانوفسفرها و نئونیکوتینوئیدها را تشخیص می‌دهد. وجود استامی‌پرید در کرفس و برگ‌های چای سبز با استفاده از نانوحسگرهای DNA رنگ‌سنجی آنالیز می‌شود. نانوحسگرهای DNA تک‌رشته‌ای متشکل از آپتامر DNA -AgNPs می‌توانند سموم دفع آفات ارگانوفسفره مانند فورات را شناسایی نماید.
تشخیص فلزات و فلزات سنگین
کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی به دلیل حضور فلزات سنگین مانند کروم، سرب، آرسنیک، کادمیوم و جیوه تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد.
این فلزات متابولیسم انسان را مختل کرده و آسیب قابل توجهی به اندام‌ها وارد می‌کند. قرار گرفتن در معرض غلظت زیاد فلزات سنگین حتی می‌تواند باعث بیماری جدی شده و در نهایت موجب مرگ فرد شود. پژوهشگران گزارش داده‌اند که تجمع فلزات سنگین در یکی از روستاهای چین در بیش از ۲۵۰ نوع سبزیجات مشاهده شده است که باعث مشکلات شدید و جدی سلامتی می‌گردد. در انسان‌ها فلزات سنگین مانند کروم و سرب موجب خطرات سلامتی غیر-سرطانی می‌شوند در حالی که کادمیم باعث انواع مختلف سرطان‌ها می‌شود. در تشخیص آرسنیک (III) از نانوحسگرهای آپتامر DNA استفاده می‌شود.
یون‌های نقره (Ag+) میل ترکیبی بالایی نسبت به DNA غنی از سیتوزین دارند، که از آنها برای طراحی نانوحسگرهای-DNA به منظور تشخیص دیداری Ag+ در رودخانه و نمونه‌های آب لوله‌کشی استفاده می‌شود. به طور مشابه، برای تشخیص Ag+ در آب آشامیدنی، از نانوحسگر DNA مبتنی بر میکروسکوپ نیروی پروب کلوین استفاده می‌شود. برای تشخیص جیوه (Hg2+)، از میل ترکیبی غنی از اولیگونوکلئوتید نسبت به تیامین برای Hg2+ که در نهایت از درازشدگی DNA جلوگیری می‌کند، در فرآیند تشخیص استفاده می‌شود. سرب و مس، آلاینده‌های فلزی سنگین سمی هستند که معمولاً در آب طبیعی وجود دارند. این فلزات سنگین اغلب با استفاده از نانوحسگرهای نقطه کوانتومی با نام DNAzymes تشخیص داده می‌شوند.
تشخیص سایر آلاینده‌های سمی
وجود مواد منفجره، سموم و رنگ‌های سمی با استفاده از نانوحسگرهای-DNA تشخیص داده می‌شود.
تشخیص رنگ فلوروژنیک رودامین B و بیس فنول A با استفاده از نانوحسگرهای مبتنی بر آپتامر DNA انجام می‌شود. دوپامین را می‌توان توسط DNA-CuNPs تشخیص داد. الکترود نقطه کربن کیتوزان تثبیت شده با DNA، حضور نیتروزآمین جهش‌زا، مانند، N -نیتروزو دی متیل آمین و N-نیتروزو دی اتانول آمین را تشخیص می‌دهد. سیانید را می‌توان با نانوحسگرهای DNA-AgNCs غنی از G تشخیص داد. برای شناسایی مایکوتوکسین از نانولوله‌های کربنی و حسگرهای الکتروشیمیایی گرافن استفاده می‌شود.
نتیجه‌گیری
این مقاله نشان می‌دهد که چگونه از نانوحسگرهای-DNA مختلف برای شناسایی انواع عوامل بیماری‌زای مضر، سموم، آنتی‌بیوتیک‌ها، آفت‌کش‌ها و دیگر آلاینده‌های محیطی نظیر فلزات سنگین استفاده می‌شود.
پژوهشگران به این نکته اشاره کرده‌اند که نانوحسگرهای DNA برای تشخیص ویروس و قارچ‌های بیماری‌زا نسبتاً کم‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزایای اصلی نانوحسگرهای مبتنی بر DNA اختصاصی و مقرون به صرفه بودن آنها برای تشخیص آنالیت‌های مختلف در یک محیط پیچیده است.