بهینه کردن حسگرهای زیستی برای کاربردهای ایمپلنتی
مجله علمی ایلیاد - دانشمندان EPFL با استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی، حسگرهای زیستی نانوتیوپ جدیدی را توسعه دادند که قابلیت حسگری آن‌ها در فلوییدهای زیستی پیچیده مثل خون و ادرار بهبود یافته است. این مطلعه در مجله‌ی Physical Chemistry Letters به چاپ رسیده است.
حسگرهای زیستی، ابزارهایی هستند که می‌توانند مولکول‌های بیولوژیکی را در هوا، آب یا خون تشخیص دهند. آن‌ها به طور گسترده‌ای در توسعه‌ی دارو، تشخیص پزشکی و تحقیقات بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حال حاضر، نیاز روز افزون برای کنترل مداوم و به موقع بیومارکرها در برخی بیماری‌ها همچون دیابت باعث شده است که تلاش زیادی برای توسعه‌ی دستگاه‌های حسگر زیستی کارآمد و قابل حمل انجام شود. در حال حاضر برخی از حسگرهای زیستیی نوری، با استفاده از نانوتیوپ‌های کربنی تک‌دیواره در حال توسعه هستند.
نور فروسرخ منتشر شده از نانوتیوپ‌های کربنی درون پنجره‌های شفاف نوری مواد بیولوژیکی قرار می‌گیرد. این به این معنی است که آب، خون و بافت‌ها از جمله پوست، نورِ منتشر شده را جذب نمی‌کند که این باعث کاربرد ایده‌آل حسگرهای زیستی برای ایمپلنت‌ها می‌شود. بنابراین این حسگرها می‌توانند زیر پوست قرار بگیرند و سیگنال‌های نوری، بدون نیاز به تماس به برق از طریق سوراخ کردن سطح، تشخیص داده شوند.
با این حال، وجود نمک در همه جای بیوفیلدها، چالش بزرگ و فراگیری در طراحی دستگاه‌های ایمپلنت‌شونده به‌وجود آورده است. نوسانات در غلظت نمک که به طور طبیعی در بدن رخ می‌دهد، نشان داده که بر روی حساسیت و انتخاب‌گری حسگرهای نوری بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی تک دیواره که با دی‌ان‌ای تک‌رشته پیچیده شده است، اثر می‌گذارد. به منظور غلبه بر برخی از این چالش‌ها، یک گروه تحقیقاتی از آزمایشگاه Ardemis Boghossianat EPFL حسگرهای نانوتیوپ پایدار نوری را با استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی طراحی کردند. استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی باعث افزایش ثبات در عملکرد حسگرهای زیستی اپتیکی شده است و باعث شده که آن‌ها برای کاربردهای حسگر زیستی در مایعات پیچیده، مانند خون و ادرار و حتی درون بدن انسان بسیار مناسب باشند.
«آردمیس بوگوسیان» می‌گوید: «آنچه که ما انجام دادیم، این بود که نانوتیوپ‌ها را با زنو نوکلئیک اسید یا با دی‌ان‌ای‌های مصنوعی پوشاندیم تا بتوانند سیگنال پایدارتری را تحویل دهند. این دی‌ان‌ای‌ها در برابر تغییرات غلظت نمک که به طور طبیعی، بدن ما را تحت تاثیر قرار می‌دهد، مقاوم هستند.»
«آلیس گیلن» نویسنده‌ی اصلی این مقاله، تلاش کرد که نشان دهد چگونه نمک‌های خاص بر انتشار نوری حسگرهای زیستی تاثیر می‌گذارند. این مطالعه غلظت‌های مختلفی از یون‌هایی که در محدوده‌های فیزیولوژیکی بیوفیلدهای موجود یافت می‌شود را پوشش می‌دهد. محققان توانستند با نظارت بر شدت سیگنال نانوتیوپ‌ها و تغییر طول‌موج سیگنال، تایید کنند که این حسگرهای زیستی، در محدوده‌ی وسیعی از غلظت‌های مختلف نمک، نسبت به حسگرهای دی‌ان‌ای معمول که در این زمینه استفاده می‌شود، پایداری بیشتری دارند.
بوگوسیان می‌گوید: «این اولین بار است که رویکرد بیولوژیکی مصنوعی در زمینه‌ی نانوتیوپ‌های نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. ما فکر می‌کنیم که این نتایج برای توسعه‌ی نسل بعدی حسگرهای زیستی نوری که بیشتر برای کاربردهای حسگری ایمپلنت‌شونده، از جمله کنترل‌کننده‌های مداوم به‌کار می‌رود، بسیار امیدوار کننده است.»
نوشته: NanoMagazine
ترجمه: علی عمانی – مجله علمی ایلیاد
ترجمه: علی عمانی – مجله علمی ایلیاد