ASPress - czasopisma pedagogiczne


ARCHIWUM WYDAŃ CYFROWYCH


Zbiór 52 felietonów poświęconych współczesnej Polsce, Polakom, polityce, roli telewizji i mediów we współczesnym świecie, globalizacji i konsekwencji wynikającej z naszego otwarcia na świat.
Wydanie w postaci pliku PDF
Cena 10 zł.
Zamów


Książka o podróżach, poznawaniu, odkrywaniu i podbijaniu świata, o pokonywaniu kolejnych horyzontów ludzkiego rozwoju. Ludzie wędrują od wieków, zawsze chcieli zobaczyć, co jest za kolejną rzeką, górą, morzem, za nowym horyzontem. Ta wędrówka pozwoliła najpierw poznać naszą planetę, a dziś już zaprowadziła człowieka poza granice Układu Słonecznego. Kim są ci, którzy zmieniają historię świata? Dlaczego Krzysztof Kolumb odkrył Amerykę, a Mikołaj Kopernik „poruszył” Ziemię?
Wydanie w postaci pliku PDF.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydanie drukowane



Historia powstania  * Dane techniczne * Słynne rajdy * Rozwiązania konstrukcyjne

Pierwszy pojazd z napędem na obie osie skonstruowano w 1824 r. a więc ponad pól wieku wcześniej od samochódu. Jednak dopiero wojskowi amerykańskiej armii jako pierwsi chcieli mieć pojazd, który pojedzie każdą drogą, pokona głębokie rowy  i wyposażony będzie we wciągarkę, tak by mógł poruszać się w każdym terenie.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydania specjalne "Geografii w Szkole"

2011

2010

2009

2008


Zamów


Ebooki 


Więcej

Monitorowanie funkcji życiowych

 „Ciało pod kontrolą” - czyli do czego można wykorzystać sensory elektrochemiczne

Ze względu na swoje gabaryty, konieczność zastosowania obudowy, wymianę niektórych elementów czy zagospodarowanie miejsca na ich przechowywanie, w ostatnim czasie obserwuje się intensywny rozwój w badaniach nad niewielkimi sensorami mającymi bezpośredni kontakt z zewnętrzną powłoką ciała, dzięki którym możliwe jest monitorowanie poziomu cukru, alkoholu, tlenu, hormonów czy pH w wybranych płynach ustrojowych. 
 
Sensory takie pozwalają na przeprowadzenie analizy płynu w sposób nieinwazyjny, tzn. nie dochodzi do przerwania ciągłości skóry, jak ma to miejsce w przypadku np. popularnych glukometrów wymagających bolesnego nakłucia. Co szczególnie ważne pod kątem ich codziennego wykorzystania, postęp w inżynierii materiałowej i elektronice pozwala na ich miniaturyzację. 
Ich prototypy wyglądają jak naklejany plaster czy niewielki tatuaż, który oprócz elementu czynnego odpowiedzialnego za detekcję posiada też mikroprocesor z nadajnikiem, który może komunikować się z naszym telefonem czy komputerem. Dzięki temu, nieinwazyjne sensory otwierają nam nowe możliwości w kierunku osobistej opieki medycznej, jak również aktywności fizycznej czy zastosowań wojskowych.

Czujniki elektrochemiczne
Fizykochemiczne sensory i biosensory są szeroko stosowane jako atrakcyjna alternatywa dla wielkich, drogich i skomplikowanych pod względem budowy urządzeń elektroanalitycznych wykorzystywanych powszechnie w diagnostyce medycznej. Pomiar za pomocą takiego urządzenia jest przeprowadzany przy użyciu czujników optycznych, piezoelektrycznych i elektrochemicznych. Spośród nich właśnie czujniki elektrochemiczne odgrywają szczególną rolę w analityce, ze względu na ich wysoką czułość, prostotę oraz dość niski koszt produkcji.
Dzięki ogromnemu postępowi w rozwoju tego typu sensorów powstały między innymi podręczne glukometry (Accu-check) czy aparaty do pomiaru poziomu mleczanu (Lactate Scout). Jednak wymagają one pobrania próbki krwi, co wiąże się z zadaniem bólu i nie jest komfortowe dla pacjenta, szczególnie, gdy jest nim dziecko czy osoba starsza. 
Możliwość ciągłej analizy, np. poziomu glukozy jest szczególnie ważna dla samokontroli osoby przewlekle chorej. Podobnie jest w przypadku osób aktywnie uprawiających sport, dla których ciągła ocena poziomu sprawności m.in. podczas treningu pozwoli na osiągnięcie maksymalnej wydajności. 
Detekcja patogenów w płynach ustrojowych w czasie rzeczywistym może ostrzec odpowiednio wcześniej przed zbliżającym się rozwojem infekcji i umożliwia obserwację skuteczności leczenia w wyniku podania leku - to kolejne przykłady, w których ciągły monitoring jest szczególnie wskazany. W powyżej wymienionych przypadkach, tzw. inwazyjny pomiar ma swoje ograniczenia, ponieważ wymaga nieustającego pobierania materiału takiego jak krew czy osocze, co jest wręcz niemożliwe do zrealizowania. 
Inaczej jest w przypadkach nieinwazyjnych sensorów, za pomocą których badane są substancje z naturalnych wydzielin ludzkiego ciała, a które mogą zapewnić ciągły monitoring zdrowia, śledzić aktywność fizyczną czy wydolność żołnierza w trakcie działań wojennych. Dzięki dostarczaniu informacji w czasie rzeczywistym, takie sensory umieszczone na skórze ułatwią też zmianę trybu życia, by osiągnąć równowagę zdrowotną i zapobiegać jej ewentualnemu zachwianiu. Wzrost zainteresowania sensorami, które można umocować na skórze odzwierciedla również obecną tendencję zmiany zcentralizowanej szpitalnej opieki medycznej do osobistej kontroli swojego stanu zdrowia, co w konsekwencji ma prowadzić do obniżenia jej kosztów. 
Wiele starań w kierunku monitorowania stanu zdrowia czy aktywności fizycznej doprowadziło do powstania dużej ilości czujników fizycznych, jak inteligentne opaski czy pulsometry. W przeciwieństwie do tych powszechnie dostępnych fizycznych sensorów dedykowanych do monitorowania oznak życia, nieinwazyjne elektrochemiczne sensory czy biosensory, które są czułe na sygnał chemiczny są nadal w stadium badań rozwojowych i badań klinicznych. Ich brak na rynku komercyjnym i złożoność badań, którym muszą zostać poddane wynika ze szczególnych wymagań jakie są im stawiane, takie jak np.: niskie stężenie danego analitu, niewielka objętość badanej próbki, mechaniczna odporność, biokompatybilność i przede wszystkim zapewnienie komfortu noszącej je osobie. 
Dzięki doniesieniom literaturowym licznych grup badawczych wiemy, że noszone nieinwazyjne sensory umożliwią nam niedługo analizę w sposób ciągły wybranych substancji w łzach, ślinie, pocie i płynie podtkankowym. 
 
Zasada działania czujnika elektrochemicznego
Zgodnie z definicją Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) sensor chemiczny to urządzenie, które przetwarza informacje chemiczną w zależności od stężenia danego składnika znajdującego się w pobranej próbce w analitycznie użyteczny sygnał pomiarowy. Typowy sensor chemiczny składa się z dwóch jednostek: receptora i przetwornika fizykochemicznego. Receptor taki może być nieenzymatyczny lub enzymatyczny, w zależności od tego czy posiada on przyłączony składnik biologiczny, np. enzym, przeciwciało lub fragment DNA. W przypadku receptorów nieenzymatycznych mamy do czynienia najczęściej z materiałem o specyficznej morfologii, strukturze, przewodnictwie, np. nanocząstkami złota, nanorurkami węglowymi, czy warstwą polimeru przewodzącego. 
Taki receptor, niezależnie od tego czy jest enzymatyczny czy też nieenzymatyczny, przetwarza informacje o stężeniu analitu w wyjściowy sygnał chemiczny lub fizyczny z określoną czułością. Powinien się on też się charakteryzować wysoką selektywnością, co oznacza, że inne składniki obecne w badanej próbce nie zakłócają pomiaru, oraz bardzo niskim limitem detekcji, to znaczy, że już niewielkie stężenie badanej substancji powinno wystarczyć by zarejestrować sygnał wyjściowy, np. wzrost prądu lub napięcia. Ponadto, istotny jest czas życia czujnika, czyli minimalny okres działania czujnika z zakładanymi parametrami oraz jego stabilność, którą definiuje się jako zdolność czujnika do zachowania parametrów pomiarowych w trakcie jego użytkowania.
Istotnym składnikiem sensora jest też przetwornik, który jest odpowiedzialny za konwersję generowanego sygnału, dzięki interakcji receptor-analit, na wartość możliwą do odczytania. Ze względu na rodzaj przetwornika można sensory sklasyfikować jako elektrochemiczne, optyczne, piezoelektryczne i kalorymetryczne.
 
Noszone nieinwazyjne sensory elektrochemiczne
Jak już wspominano, nieinwazyjne sensory umożliwiają wykrywanie wybranych analitów w łzach, ślinie, pocie czy płynie śródmiąższowym wydobywanym na powierzchnię skóry. Płyny te to nie tylko woda, ale całe bogactwo metabolitów, których obecność oraz stężenie stanowią niezwykle ważną informację o stanie zdrowia człowieka. Poniżej opisano sposoby pomiaru niektórych substancji w wybranych płynach ustrojowych, których skład najczęściej jest brany pod uwagę w diagnostyce stanu zdrowia, jak również do charakterystyki aktywności fizycznej.
 
Ślina
Ślina to płyn ustrojowy zawierający liczne składniki, jak płyn dziąsłowy, resztki pokarmowe, bakterie i wirusy wraz z ich metabolitami, w tym również przesięk z krwi. Zatem może ona stanowić znakomitą alternatywę dla analizy krwi, w celu scharakteryzowania hormonalnego, żywieniowego i metabolicznego stanu zdrowia. W porównaniu do krwi, ślina jest też łatwiejsza do pobrania i nie wymaga takiego przygotowania co krew w celu przeprowadzenia analizy.
Pierwszy sensor umieszczany w jamie ustnej zaproponowano już w 1960 r. do monitorowania intensywności żucia. Dalszy rozwój tego typu sensorów pozwolił na określenie poziomu pH czy stężenia jonów fluorkowych, co dostarczało informacji o skuteczności fluorowania dentystycznego. Mimo, że urządzenia te umożliwiały pomiar w czasie rzeczywistym, to wymagały od pacjenta usunięcia kilku zębów, by w ich miejsce zainstalować czujnik. Ponadto, w trakcie użytkowania płyn znajdujący się w sensorze mógł przedostać się do jamy ustnej.
Zatem, idealny czujnik przeznaczony do badania śliny musi przede wszystkim zostać dopasowany do złożonej anatomii jamy ustnej, tak by nie przeszkadzać osobie go noszącej i nie wymagać od niej takiego poświecenia i pozbycia się części uzębienia. 
Biorąc pod uwagę środowisko jamy ustnej oraz jej pojemność, Kim i współpr. zaproponowali biosensor w formie wkładki nazębnej pozwalający na oznaczanie mleczanu. Materiał czuły sensora został wykonany na bazie nadrukowanej warstwy błękitu pruskiego z układem poliortofenylodiaminy z enzymem: oksydazą mleczanową odpowiedzialnym za specyficzną reakcję z mleczanem. Błękit pruski pełni tu funkcję „sztucznej peroksydazy” i pozwala na wysoce selektywną detekcję nadtlenku wodoru powstałego podczas reakcji enzymu z mleczanem. 
Z kolei grupa kierowana przez Mannora opracowała sensor w formie naklejki na ząb, która umożliwia ciągłe monitorowanie flory bakteryjnej na szkliwie dzięki obecności naturalnych antymikrobiologicznych fragmentów peptydów przyłączonych do zmodyfikowanego grafenem podłoża z jedwabnej włókniny. Gdy do takich łańcuchów peptydowych dołączy się odpowiednia bakteria, przewodnictwo filmu grafenowego zostaje zmienione i bezprzewodowo zarejestrowane z wykorzystaniem urządzenia radiowego. Sensor ten charakteryzuje się znakomitą selektywnością, szybkim czasem odpowiedzi oraz możliwością detekcji pojedynczych molekuł. Jednak pomiar w czasie rzeczywistym nie został do tej pory opisany (...)
Foto - Fotolia
 
Więcej przeczytacie w artykule Katarzyny Siuzdak I Katarzyny Grochowskiej “Ciało pod kontrolą” w najnowszym wydaniu (6/2017) “Fizyki w Szkole”