ساخت ریزآنتن‌های بی‌سیم برای رصد ضعیف‌ترین سیگنال‌های قلبی و مغزی 

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از IE، این فناوری با حذف نیاز به سیم و تقویت کننده، مطالعات سلولی را ساده کرده، به تشخیص بیماری‌هایی مانند آریتمی قلبی و آلزایمر کمک می‌کند و درمان‌های هدفمندتری را ممکن می‌سازد.

در حالی که سیگنال‌های الکتریکی برای ارتباطات سلولی بسیار مهمند، اما روش‌های سنتی برای اندازه گیری آنها دست و پا گیر و از نظر دامنه محدود هستند.

«دبلینا سرکار» مجری این تحقیقات گفت: «سیگنال‌های بیوالکتریکی برای عملکرد سلول‌ها و فرآیند‌های مختلف زندگی ضروری هستند، با این حال، ثبت دقیق چنین سیگنال‌های الکتریکی همیشه چالش برانگیز بوده است.»

وی افزود: «آنتن‌های آلی پراکنده کننده الکتریکی (OCEAN) که ما توسعه داده‌ایم، امکان ضبط سیگنال‌های الکتریکی را به صورت بی سیم با وضوح فضایی میکرومتری از هزاران مکان ضبط به طور همزمان فراهم می‌آورد. این می‌تواند فرصت‌های بی سابقه‌ای برای شناخت زیست شناسی بنیادی و سیگنال‌های تغییر یافته در وضعیت بیماری و همچنین برای غربالگری اثر درمان‌های مختلف برای ارائه درمان‌های جدید ارائه کند.»

نیاز به ساده سازی دستگاه‌های حسگر زیستی، الهام بخش ساخت آنتن‌های OCEAN بوده است. این محققان به جای تکیه بر سیم‌های معمولی، آنتن‌های کوچکی طراحی کردند که سیگنال‌های الکتریکی را به نور تبدیل می‌کنند که می‌توان آنها با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری استاندارد که معمولا در آزمایشگاه‌های زیست شناسی یافت می‌شوند اندازه گیری کرد.

مجریان این پژوهش می‌گویند: «دستگاهی ساخته‌ایم که سیگنال‌های الکتریکی را به نور تبدیل می‌کند و سپس از یک میکروسکوپ نوری، که در هر آزمایشگاه زیست‌شناسی وجود دارد، برای بررسی این سیگنال‌ها استفاده کردیم.»

در ابتدا، محققان روش خود را با پلیمر ترکیب شده با نانوذرات طلا برای تشخیص تغییرات الکتریکی آزمایش کردند، اما به سرعت دریافتند پلیمر به تنهایی موثرتر است. این یافته منجر به ساخت OCEAN‌هایی شد که کاملا از «PEDOT: PSS» ساخته شده بودند؛ پلیمری که ضریب شکست خود را در واکنش به فعالیت الکتریکی اطراف تغییر می‌دهد.

آنتن‌ها نور را متناسب با سیگنال‌های الکتریکی که تشخیص می‌دهند پراکنده می‌کنند و به محققان این امکان را می‌دهند تا تعاملات سلولی را به طور بلادرنگ با دقت قابل توجهی ثبت کنند.

این آنتن‌ها از لایه‌ای شیشه‌ای متشکل از مواد رسانا و عایق ساخته شده‌اند که در زیر آن حفره‌های نانومقیاس با استفاده از پرتو یون متمرکز حک می‌شود.

آنها تراشه را در محلولی غوطه ور می‌کنند که حاوی واحد‌های سازنده پیش ساز پلیمر است. با اعمال جریان الکتریکی به محلول، آن ماده پیش ساز به سوراخ‌های کوچک روی تراشه جذب می‌شود و آنتن‌های قارچی شکل از پایین به بالا «رشد» می‌کنند.

این روش به محققان اجازه می‌دهد میلیون‌ها آنتن را روی یک تراشه بسازد که برای مطالعات بزرگ‌تر مقیاس پذیر است.

این آنتن‌ها با تنها یک میکرومتر عرض، حساسیت بسیار بالایی را ارائه داده و سیگنال‌های کمتر از ۲.۵ میلی ولت را تشخیص می‌دهند که بسیار کمتر از سیگنال‌های معمولی ۱۰۰ میلی‌ولتی است که نورون‌ها برای ارتباط استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها همچنین می‌توانند تغییرات سریع را ثبت کرده و در عرض چند میلی ثانیه به نوسانات الکتریکی پاسخ دهند.

آرایه‌های OCEAN که در حال حاضر برای مطالعات آزمایشگاهی طراحی شده‌اند، کشت‌های سلولی را قادر می‌سازند تا به طور مستقیم روی آنتن‌ها و برای مشاهده زیر میکروسکوپ‌های نوری رشد کنند. این فناوری با جمع آوری داده‌های با توان بالا از هزاران حسگر مستقل، می‌تواند درک ما از ارتباطات سلولی را به میزان قابل توجهی ارتقا دهد.

برنامه‌های آتی برای آنتن‌های OCEAN شامل تغییر شکل آنها به منظور نفوذ به غشای سلولی برای اندازه گیری‌های دقیق‌تر و ادغام آنها در دستگاه‌های نانوفوتونیکی برای افزایش دستکاری نور می‌شود.

نتایج این تحقیقات در نشریه Science Advances منتشر شده است.