امکان مشاهده دقیق محتوای شیمیایی مغز با فناوری نوین

محققان دانشگاه ایلینویز برای رفع یک مانع قدیمی در تحقیقات زیست پزشکی، در جدیدترین تحقیقات خود یک حسگر جدید در مقیاس نانو  برای مشاهده دقیق محتوای شیمیایی مغز توسعه داده‌اند.

به گزارش تکناک، این فناوری نوآورانه می‌تواند مناطق را 1000 برابر کوچک‌تر از فناوری‌های کنونی کنترل کند و به‌طور به‌ویژه‌ای مشاهده محتوای شیمیایی مغز را در کوچک‌ترین سطح امکان‌پذیر می‌کند.

طبق بیانیه مطبوعاتی، این حسگر پتانسیل تشخیص تغییرات جزئی در ترکیب شیمیایی بافت زنده را در وضوح زیر ثانیه دارد.

حسگر زیستی مبتنی بر سیلیکون

این حسگر مبتنی بر فناوری سیلیکون است و فرآیندهای تولید میکروالکترونیک را اعمال می‌کند.

این حسگر کوچک می‌تواند محتوای شیمیایی را از تکه‌های بافتی بسیار هدفمند با بازدهی حدود 100 درصد در کسری از ثانیه ضبط کند. این ویژگی برای ردیابی دقیق توزیع دارو در سراسر بدن حیاتی است.

این دستگاه، مبتنی بر تکنیک میکرودیالیز است و از یک نمونه‌بردار با غشای باریک استفاده می‌کند که وارد بافت بیولوژیکی می‌شود.

در این فرآیند پیچیده، مواد شیمیایی غشاء را طی می‌کنند و وارد مایعی می‌شوند که برای تجزیه و تحلیل دقیق پمپاژ می‌شوند.

توانایی این تکنیک برای نمونه‌برداری مستقیم از بافت به عنوان یک پیشرفت مهم به ویژه بر حوزه علوم اعصاب، فارماکولوژی و پوست تأثیر می‌گذارد.

فرآیند نانودیالیز

یوری ولاسوف، سرپرست محققان می‌گوید: ما با دستگاه نانودیالیز خود، یک تکنیک شناخته‌شده را در نظر می‌گیریم و آن را به سمت بی‌نهایت سوق می‌دهیم و مشکلات تحقیقات زیست پزشکی را که قبلا غیرممکن بودند، کاملاً امکان‌پذیر می‌کنیم. علاوه بر این، از آنجایی که دستگاه‌های ما استفاده از تکنیک‌های ساخت میکروالکترونیک بر روی سیلیکون ساخته می‌شوند، می‌توان آن‌ها را در مقیاس‌های بزرگ تولید و به کار برد.

نوآوری کلیدی در تکنیک نانودیالیز در سرعت جریان فوق‌العاده آهسته سیال پمپ شده از طریق دستگاه است.

این کاهش هدفمند در سرعت جریان که 1000 برابر کندتر از میکرودیالیز معمولی کالیبره شده است، بسیار قابل توجه است. کاهش عمدی جریان سیال، دستگاه را قادر می‌سازد تا ترکیب شیمیایی بافت را از ناحیه‌ای 1000 برابر کوچک‌تر از تکنیک‌های معمولی به دست آورد.

علیرغم کاهش قابل توجه در مقیاس، این ابزار ترکیب شیمیایی دقیق بافت آزمایش شده را با کارایی خیره‌کننده 100 درصد ضبط و تجزیه و تحلیل می‌کند.

ولاسوف توضیح داد: با کاهش شدید سرعت جریان، این حسگر این امکان را به مواد شیمیایی منتشر شده در نمونه‌بردار می‌دهد تا با غلظت‌های خارج از بافت مطابقت داشته باشند.

تصور کنید که در حال اضافه کردن رنگ به لوله‌ای با آب جاری هستید. اگر جریان خیلی سریع باشد، رنگ به غلظت‌هایی رقیق می‌شود که تشخیص آن دشوار است. ولاسوف افزود: برای جلوگیری از رقیق شدن، باید آب را تقریباً تا انتها بچرخانید.

ساخت دستگاه

دستگاه‌های نانودیالیز استاندارد که با استفاده از نمونه‌بردارهای شیشه‌ای و غشاهای پلیمری تولید می‌شوند، مانعی اساسی برای کوچک‌سازی رقم می‌زنند.

به دلیل کیفیت ذاتی شیشه و پلیمرها، کاهش اندازه این دستگاه‌ها در عین حفظ یکپارچگی و عملکرد ساختاری دشوار است.

محققان رویکرد متفاوتی را برای غلبه بر این محدودیت و ساخت دستگاه‌های مناسب برای نانودیالیز انتخاب کردند. آنها بر فرآیندهای ایجاد شده برای ساخت تراشه‌های الکتریکی متخصص در ایجاد اشکال کوچک و پیچیده بر روی سطوح سیلیکونی، تکیه کردند.

ولاسوف گفت: فناوری سیلیکون دستگاه‌ها را ارزان‌تر می‌کند.

این یافته ها در مجله ACS Nano گزارش شده است.