ابداع روشی نوین برای نظارت دقیق و بی‌سیم بر سیگنال‌های الکتریکی

01

از 05

حذف سیم‌ها و تقویت‌کننده‌ها

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این نوآوری، حذف نیاز به سیم‌ها و تقویت‌کننده‌ها است، که اغلب در روش‌های سنتی زیست‌حسگرها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این ویژگی نه‌تنها پیچیدگی‌های موجود در مطالعات سلولی را کاهش می‌دهد، بلکه امکان پیشرفت در تشخیص بیماری‌هایی مانند: آریتمی و آلزایمر را نیز فراهم می‌کند و درمان‌های هدفمندتر را میسر می‌سازد.

دبلیلا سارکار، نویسنده ارشد مطالعه در این خصوص گفت: «بیو الکتریسیته بخش اساسی عملکرد سلول‌ها و فرایندهای مختلف زیستی است. باوجود این، ثبت دقیق چنین سیگنال‌های الکتریکی همیشه چالش‌برانگیز بوده است.»

وی تصریح کرد: «آنتن‌های OCEAN که ما توسعه داده‌ایم، امکان ثبت سیگنال‌های الکتریکی به صورت بی‌سیم و با دقت فضایی میکرومتری از هزاران نقطه ثبت سیگنال را به صورت هم‌زمان فراهم می‌کند. این تکنیک می‌تواند فرصت‌های بی‌سابقه‌ای برای درک زیست‌شناسی بنیادی و سیگنال‌دهی تغییریافته در شرایط بیماری ایجاد کند و در تشخیص اثر داروهای مختلف نیز کاربرد داشته باشد.»

02

از 05

الهام از روشی ساده برای نظارت دقیق بر سیگنال‌های الکتریکی

این فناوری بر اساس ایده‌ای ساده برای تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به نور شکل گرفت.

تیم تحقیقاتی MIT متوجه شدند که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی را با استفاده از آنتن‌های نوری کوچک به نور تبدیل کنند، که سپس با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری معمولی که در اکثر آزمایشگاه‌های زیستی موجود است، اندازه‌گیری شوند.

بنوا دسبیولس، نویسنده اصلی مطالعه عنوان کرد: «ما از خود پرسیدیم که آیا می‌توانیم دستگاهی بسازیم که سیگنال‌های الکتریکی را به نور تبدیل کند و سپس با استفاده از میکروسکوپ نوری، که در هر آزمایشگاه زیستی موجود است، این سیگنال‌ها را بررسی کنیم؟»

03

از 05

ساخت آنتن‌های دقیق با استفاده از فناوری نانو

محققان برای ساخت این آنتن‌های کوچک، از یک فرایند پیشرفته استفاده کرده‌اند، که شامل حکاکی سوراخ‌هایی در مقیاس نانو روی یک زیرلایه شیشه‌ای است.

سپس با استفاده از جریان الکتریکی، مواد پیش‌ساز پلیمر به این سوراخ‌ها جذب می‎‌شوند و یک سری آنتن‌های قارچی‌شکل از پایین به بالا رشد می‌کنند.

این فرایند به محققان اجازه می‌دهد تا میلیون‌ها آنتن را در مقیاس وسیع و روی یک تراشه واحد تولید کنند. این آنتن‌ها که تنها 1 میکرومتر عرض دارند، قادر به شناسایی سیگنال‌هایی با دقت بسیار بالا (تا 2.5 میلی‌ولت) هستند؛ سیگنال‌هایی که حتی از قدرت سیگنال‌های نورونی نیز کمتر است.

04

از 05

نظارت بر سیگنال‌های الکتریکی در زمان واقعی با دقت بالا

آنتن‌های OCEAN می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی را به نور تبدیل و نور را به‌طور دقیق پراکنده کنند.

این ویژگی امکان ثبت تغییرات سریع در تعاملات سلولی را فراهم می‌آورد و محققان می‌توانند در زمان واقعی و با دقتی بی‌سابقه، ارتباطات سلولی را نظارت کنند.

در حال حاضر، این دستگاه‌ها برای مطالعات در محیط آزمایشگاهی طراحی شده‌اند و امکان کشت سلول‌ها را به صورت مستقیم روی آنتن‌ها فراهم می‌کنند.

این فناوری با جمع‌آوری داده‌ها از هزاران حسگر مستقل، به محققان این امکان را می‌دهد که پیشرفت‌های چشمگیری در درک رفتار سلول‌ها و ارتباطات آنها داشته باشند.

05

از 05

چشم‌اندازهای آینده

محققان MIT قصد دارند در آینده آنتن‌های OCEAN را به گونه‌ای طراحی کنند که بتوانند به داخل غشاهای سلولی نفوذ و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری از سیگنال‌های الکتریکی درون سلول‌ها به‌دست آورند.

همچنین آنها در نظر دارند این آنتن‌ها را با فناوری‌های نانوفوتونیک ترکیب کنند تا به بهبود دستکاری نور و افزایش دقت اندازه‌گیری‌ها کمک نمایند.

این تحقیق که در مجله Science Advances منتشر شده است، امید زیادی برای ایجاد تحولی بزرگ در زمینه تحقیقات سلولی و درمان‌های نوین ایجاد کرده است.