ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Πρωτοποριακοί αισθητήρες από το Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Εξάγουμε υψηλή τεχνολογία

Πρωτοποριακούς διεθνώς χημικούς αισθητήρες (κατάλληλη σύνθεση χημικών μορίων για επιλεκτική ανίχνευση ουσιών και ιόντων) και βιοαισθητήρες (κατάλληλη σύνθεση κυττάρων, ενζύμων κ.λπ.), όργανα δηλαδή υψηλής τεχνολογίας, σχεδιάζει και κατασκευάζει το Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης.

Ο διευθυντής του Εργαστηρίου Αναλυτικής Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης Νίκος Χανιωτάκης (στο μέσον) με τους συνεργάτες του

Πολλά εξ αυτών εξάγονται, ενώ με ελληνικό χημικό αισθητήρα ο οποίος επελέγη μεταξύ όλων των αντιστοίχων που κυκλοφορούν παγκοσμίως, οι Νορβηγοί μετρούν την κατάσταση πού βρίσκονται από πλευράς ρύπανσης τα μεγάλα επιφανειακά και υπόγεια ύδατα, καθώς και το έδαφός τους, τονίζει ο επικεφαλής του Εργαστηρίου, καθηγητής Νίκος Χανιωτάκης.

Πρόσφατα στο ίδιο εργαστήριο σχεδιάστηκε -και τώρα βρίσκεται στη διαδικασία ανάπτυξης- και ένας μοναδικός αισθητήρας νανοτεχνολογίας, ο μικρότερος διεθνώς σε ανθρακικούς νανοσωλήνες και φουρελένια.

Ο κ. Χανιωτάκης, μιλώντας για τους στόχους του Εργαστηρίου του, μας είπε ότι «είναι η παροχή υψηλού επιπέδου εκπαίδευσης σε προπτυχιακούς, μεταπτυχιακούς και διδακτορικούς φοιτητές. Ταυτόχρονα θεμελιώδης επιλογή είναι η δημιουργία νέας γνώσης σε επίπεδο βασικής έρευνας. Η νέα αυτή γνώση χρησιμοποιείται στην άμεση και έμμεση εφαρμογή υπηρεσιών, νέων προϊόντων και βιομηχανικών δραστηριοτήτων».

Συγκεκριμένα, όπως είπε, «σχεδιάζονται και κατασκευάζονται όργανα και εφαρμόζονται μέθοδοι, για την ποσοτική ανάλυση σε κλινικά και περιβαλλοντικά συστήματα, όπως νερά, τρόφιμα κ.λπ. Αυτός ο στόχος επιτυγχάνεται με τη σχεδίαση χημικών αισθητήρων και βιοαισθητήρων».

Πώς πραγματοποιείται όμως επιστημονικά μία τέτοια πολύπλοκη διαδικασία;

Χημικοί αισθητήρες

«Για να σχεδιάσει κανείς ένα χημικό αισθητήρα», τονίζει ο κ. Χανιωτάκης, «αρχίζει από τη σύνδεση χημικών ουσιών, οι οποίες μπορούν επιλεκτικά να αναγνωρίσουν την ουσία που μας ενδιαφέρει. Αυτή η δουλειά δεν είναι κάτι το καινούργιο. Εμείς σχεδιάζουμε μόρια για να βελτιώνουμε τα υπάρχοντα συστήματα, αλλά συγχρόνως -σε συγκεκριμένες περιπτώσεις- έχουμε δημιουργήσει πρωτότυπα συστήματα σε διεθνές επίπεδο.

Μια τέτοια περίπτωση είναι η δημιουργία χημικού αισθητήρα για αναγνώριση φωσφορικών. Εμείς κατασκευάζουμε όργανα τα οποία χρησιμοποιούν οι περιβαλλοντολόγοι. Εχουμε σχεδιάσει και κατασκευάσει χημικούς αισθητήρες που μετρούν τα νιτρικά, αμμωνιακά και χλωριούχα ιόντα σε όλο το φάσμα του περιβάλλοντος, (τρόφιμα, λαχανικά, νερά, έδαφος κ.λπ.), τα οποία έχουν στα χέρια τους και τα λειτουργούν οι γεωπόνοι των ΤΕΙ, οι ερευνητές του Μεσογειακού Αγροτικού Ινστιτούτου Χανίων και στο ΕΘΙΑΓΕ.

Επίσης τους δικούς μας χημικούς αισθητήρες έχει επιλέξει μεγάλη νορβηγική εταιρεία και τους χρησιμοποιεί για τη μέτρηση και παρακολούθηση των επιφανειακών, των υπόγειων υδάτων και του εδάφους αυτής της χώρας. Αυτό έγινε αφού προηγουμένως οι Νορβηγοί έκαναν συγκριτική μελέτη παγκοσμίως όλων των υπαρχόντων χημικών αισθητήρων».

Παράλληλα το Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης έχει δημιουργήσει ειδικό φορητό σύστημα, το οποίο μετρά άμεσα την ποσότητα νερού που περιέχει η σταφίδα, σε οποιοδήποτε χώρο, χωράφι, αποθήκη, κ.λπ. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται από τα ελληνικά σταφιδεργοστάσια και αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού προγράμματος COMPROMI, που είχε στόχο την ποιότητα της σουλτανίνας.

Το σύστημα ανίχνευσης δημιουργήθηκε στο εργαστήριό μας και η ηλεκτρονική οργανολογία είναι του Ελβετικού Οίκου Rotronic.

Ενα δεύτερο ολοκληρωμένο όργανο, τονίζει ο κ. Χανιωτάκης, «είναι αυτό που κατασκευάσαμε σε συνεργασία με το ΙΘΑΒΙΚ για την παρακολούθηση της ποιότητας των υδατοκαλλιεργειών θαλάσσης.

Το συγκεκριμένο όργανο μετρά την αμμωνία και τα νιτρώδη ιόντα, ουσίες οι οποίες είναι δύο καθοριστικοί δείκτες της μόλυνσης των υδατοκαλλιεργειών από τον πληθυσμό των ψαριών».

Βιοαισθητήρες

Τώρα το Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας επιχειρεί ένα τεχνολογικό άλμα με το σχεδιασμό και την κατασκευή βιοαισθητήρων. Για τη διαφορά των χημικών αισθητήρων από τους χημικούς αισθητήρες, ο κ. Χανιωτάκης τονίζει:

«Οι βιοαισθητήρες διαφέρουν από τους χημικούς αισθητήρες, διότι αντί των χημικών συστημάτων χρησιμοποιούνται βιολογικά συστήματα, όπως κύτταρα, ένζυμα, αντισώματα. Με τους υπάρχοντες μέχρι τώρα βιοαισθητήρες υπάρχει πρόβλημα με τη σταθερότητα και αναπαραγωγιμότητά τους, όσον αφορά τις μετρήσεις που πραγματοποιούν σε επίπεδο ακρίβειας και διάρκειας.

Ο απώτερος στόχος, για την επίτευξη του οποίου υπάρχει διεθνώς μεγάλος ανταγωνισμός, επικεντρώνεται στην κατασκευή τέτοιων συστημάτων για in vivo παρακολούθηση, δηλαδή θα εμφυτεύονται στον ανθρώπινο οργανισμό ή σε άλλους οργανισμούς και σε συστήματα του περιβάλλοντος (ζώα, φυτά, νερό, έδαφος κ.λπ.), για τη συνεχή παρακολούθηση συγκεκριμένων παραμέτρων.

Ηδη εμείς δημιουργούμε βιοαισθητήρες, οι οποίοι θα μετρούν τη γλυκόζη στον ανθρώπινο οργανισμό στους πάσχοντες από σακχαροδιαβήτη. Αυτός ο βιοαισθητήρας μάς δίνει τη δυνατότητα να έχουμε ακριβή δοσολογία φαρμάκου στον ασθενή κάθε στιγμή, ανάλογα με την κατάστασή του, για την αποφυγή πιθανών επιπλοκών.

Επίσης δουλεύουμε στην ανάπτυξη βιοαισθητήρων τοξικότητας, σε συνεργασία με άλλα ερευνητικά ιδρύματα και εταιρείες των Η.Π.Α. και της Ευρωπαϊκής Ενωσης, οι οποίοι θα παρακολουθούν τη μόλυνση των νερών σε συνεχή βάση, από φυτοφάρμακα και άλλες τοξικές ουσίες.

Ειδικότερα μια εφαρμογή βιοαισθητήρα είναι η επιλεκτική μέτρηση παρασιτοκτόνων ουσιών σε πολύ χαμηλά όρια ανίχνευσης και βασίζεται σε γενετικά τροποποιημένα ένζυμα. Αυτό είναι πολύ σημαντικό, διότι τα όρια που θεσπίζονται από διεθνείς οργανισμούς συνεχώς κατεβαίνουν, με αποτέλεσμα να χρειάζονται ειδικά συστήματα με πολύ χαμηλά όρια ανίχνευσης.

Με βάση αυτή την τεχνολογία σύντομα θα ολοκληρωθεί -σε συνεργασία με ευρωπαϊκές εταιρείες και ερευνητικά ιδρύματα, με πρόγραμμα που χρηματοδοτείται από την Ε.Ε.- εξειδικευμένο σύστημα ανάλυσης για εύκολη, ταχεία και άμεση ανάλυση τοξικών ουσιών στο νερό, διάρκειας μόλις μερικών λεπτών. Η ανάλυση θα γίνεται σε όλα τα στάδια ροής του νερού, στην πηγή, στο σύστημα υδροδότησης ακόμα και στο ποτήρι του νερού. Αυτός ο βιοαισθητήρας θα έχει ενσωματωμένη την κατάλληλη φορητή οργανολογία στο μέγεθος ενός κινητού τηλεφώνου».

Νανοτεχνολογία

Το Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας, όμως, έχει πραγματοποιήσει ένα μεγάλο ποιοτικό ερευνητικό βήμα στον τομέα του με την ανάπτυξη νανοτεχνολογίας σε συνεργασία με το Εργαστήριο Μικροηλεκτρονικής του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ.

Οπως μας είπε ο κ. Χανιωτάκης, «έχουμε ερευνητικό πρόγραμμα στη νανοτεχνολογία με σημαντικά αποτελέσματα στον τομέα της βασικής έρευνας για τη δημιουργία πρωτοποριακών νανοσυστημάτων, δημιουργίας χημικών μικροαισθητήρων (CHEMFETS) με μεταλλάκτη τρανζίστορς.

Είμαστε, μάλιστα, οι πρώτοι στον κόσμο που πρόκειται να δημοσιεύσουμε -σε επιστημονικό περιοδικό- εργασία για τον μικρότερο αισθητήρα σε ανθρακικούς νανοσωλήνες και φουρελένια (ανθρακικές νανοδομές), μεγέθους χιλιοστών του χιλιοστού, ο οποίος θα μετρά τη γλυκόζη και άλλα στοιχεία».

1on.gif (2742 bytes)