کوی دانش - kooy

نانوپروب های تغییر شکل دهنده می توانند شرایط داخلی بدن را با استفاده از میدان های مغناطیسی گزارش دهند

نانوپروب های تغییر شکل دهنده می توانند شرایط داخلی بدن را با استفاده از میدان های مغناطیسی گزارش دهند
23 فروردین
09:15 1394
دانشمندان در موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و موسسه های ملی سلامت (NIH) موفق به توسعه نوعی نانوپروب تغییر شکل دهنده شده اند که می تواند بررسی زیستی از راه دور با رزولوشن بالا را انجام دهد که با فناوری کنونی امکان پذیر نیست. این نانوپروب ها که اندازه ای حدود یک دهم یک سلول قرمز خونی را دارند، به نحوی طراحی شده اند تا با تغییر دادن میدان های مغناطیسی در واکنش به وضعیت محیط اطراف، در مورد شرایط داخلی بدن بازخورد بدهند. بنابر پیش بینی محققان کاربردهای این نانوپروب ها بسیار گسترده خواهد بود و زمینه هایی چون شیمی، زیست شناسی، مهندسی و حتی روزی پزشکی را هم در خواهد گرفت تا پزشکان در تشخیص های بالینی نیازمند دقت بالا از این فناوری بهره ببرند.

نانوپروب های مذکور که سنسورهای مغناطیسی رمزگذاری شده هندسی یا GEMs نامگذاری شده اند، محصول مهندسی میکرو و متشکل از دو صفحه دیسک فلزی مغناطیسی با قطر 0.5 الی 2 میکرومتر و ضخامت یک دهم نانومتری می باشند. این دیسک ها در بالا و پایینِ ژلی پلیمری قرار می گیرند  تا رویهمرفته قطعه فشرده میکرومینیاتوری را بسازند.

پلیمر یادشده لایه ای هیدروژلی است، شبکه ای از زنجیره های پلیمری که هیدروفیلیک (جاذب آب) هستند و می توانند بسته به سطح رطوبت موجود در محیطی که در آن قرار دارند، کش آمده و افزایش طول پیدا کنند. به همین منوال، هنگامی که رطوبت موجود در محیط کم باشد، ژل فشرده می شود. در نتیجه کش آمدن یا فشرده شدن ژل، فاصله بین دو دیسک آهن ربایی را تغییر داده و به نوبه خود میدان مغناطیسی را نیز افزایش یا کاهش می دهد.

سپس تغییر در قدرت میدان مغناطیسی که حاصل واکنش به تشعشع رادیو فرکانسی مورد استفاده است، روی فرکانس طنین پروتونهای موجود در مولکول های آب داخل و اطراف ژل اثر می گذارد. در نتیجه، اگر محیط با استفاده از مجموعه ای از فرکانس های مختلف اسکن شود، می توان شکل نانوپروب ها را هر لحظه شناسایی کرد و همین امر به تشخیص و تعیین شرایط محیط از راه دور کمک می رساند.

مزیت این نوع اندازه گیری به واسطه نانوپروب آنست که از انرژیRF برای مشاهده شرایط درون بدن با عمق بیشتر و رزولوشن و حساسیت بالاتر بهره گیری می کند. بسیاری از فناوری های تصویربرداری موجود برای بررسی محیط بیوشیمیایی، مواردی نظیر اسیدیته معده یا آلکالینیته و غلظت یون را با اتکا به طیفی از سنسورهای نانویی می سنجند که با بهره گیری از نور در فرکانس های مرئی عملیاتی شده و ارزیابی می گردد. البته رزولوشن این سیگنال های اپتیکال به نسبت عمقی که در بدن قرار دارند کاهش بسیاری پیدا می کند، به همین خاطر هم کاربردشان محدود به آن نواحی از بدن است که دسترسی آسان دارند.

طبق گفته های تیم تحقیقاتی، ترکیب دیسک مغناطیسی/ هیدروژل صرفا محدود به نواحی سطحی یا سهل الوصول نیست، بنابراین تحلیل زنده محیط های مختلف در سطح مولکولی و در عمق داخل ساختار بافت ها ممکن است.

 دکتر گری زابو، محقق ارشد درNIST می گوید: "طرحی که ارائه شده است برمبنای اصول عملیاتی کاملا متفاوت با نمونه های مشابه می باشد. به نحوی که به جای استفاده از بررسی اپتیکال، پروب های متغیر در طیف رادیو فرکانس (RF) فعالیت می کنند که به طورخاص با تجهیزات رزونانس مغناطیسی هسته ای استاندارد یا (NMR) یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) قابل شناسایی است. در طیف های RF، سیگنال ها به واسطه مواد بیولوژیکی مداخله گر آنچنان ضعیف نمی شوند".

دانشمندان نانوپروب های جدید را در مایعات مختلفی آزمایش کرده اند که از جمله آنها می توان به غلظت های مختلف یون و پی اچ  و مایع محیط کشت اشاره داشت که مملو از سلول های زنده کلیوی بوده، و موفق شدند تا تغییرات متابولیسم را در این موارد، همزمان با انتقال سلول ها از حالت کارکردی به غیر کارکردی که به خاطر فقدان اکسیژن روی داد، مشاهده کنند. در آزمون یادشده، واکنش سلول ها سطح اسیدیته مایع محیط کشت را افزایش داد و تغییر از طریق دگرگونی همزمان در فرکانس های طنین و GEM های کاشته شده داخل محیط کشت، ضبط و ثبت گردید.

 به علاوه محققان تاکید دارند که پروب های پایه و نسل اول مورد استفاده در چنین آزمایش های اولیه ای، به راحتی امکان شناسایی  ترتیبات ناشی از  تغییرات فرکانس آهن ربا را در اختیار می گذارند، به نحوی که، حتی بهتر از هر نوع مشاهدات مشابه ثبت شده تغییر فرکانسی است که از طریق روش های طیف سنجی رزونانس آهن ربایی موجود انجام گرفته اند. 

GEM نانوپروب ها هرچند که اولین نانوپروب تغییرحالت دهنده به واسطه دگرگونی در محیط زیستی موجود نیست و نمونه هایی چون "کیتوبوت" گرافنی از دانشگاه ایلینویز شیکاگو هم مثالی قابل توجه است، اما پروب های GEM می توانند، به جای آنکه تغییر در رطوبت را گزارش دهند، مستقیما حالتpH  را شناسایی کنند.

 ماحصل اینکه، اندازه گیری مقادیرpH  در نقاط خاص داخل بدن موجودی زنده کاری بسیار مشکل است، بخصوص با دانستن این نکته که مواردی مانند آزمایش های خون نیز نمونه های منحصر به نقطه ای خاص را، به علت گستردگی و ترکیب پیچیده مایعات محیط، در اختیار نمی گذارند. بنابراین توانایی شناساییpH  در نواحی خاص کمک بزرگی در تشخیص پیش از موعد بیماری هایی مثل تومورهای نامرئی است.  

 زابو اظهار می دارد: "البته برای تحقق این نوع کاربرد نانوپروب ها در ارگانیسم های زنده، هنوز راه زیادی پیش رو داریم. داده هایی که بدست ما رسید از آزمایشگاه بدست آمد و برخی از کاربردهای بالقوه این سنسورها ممکن است اصلا زیست شناسی نباشند. اما هدف بلند مدت ما آنست تا تکنیک های موجود را به شکلی ارتقا بدهیم کهGEMs  را بشود برای کاربردهای زیست پزشکی هم به کار بست."

البته برای اینکه بشود چنین کاربردهای مهمی را عملی کرد، بایستی  کاهش بسیار بیشتری در اندازه GEMs  داشته باشیم، به حدی که قطر آن به کمتر از 100 نانومتر برسد، در نتیجه پروب ها به ساختارهای عموما کوچکتری دسترسی خواهند داشت که اتفاقا بخش بزرگی از حجم بدن انسان را نیز تشکیل می دهند.

 می توان GEMs  موجود را طی مرحله بوجود آمدنشان دستکاری کرد تا توانایی تطابق با شرایط زیست شیمیایی متنوع را داشته باشند، به این شکل کهGEMs  به گونه ای دستکاری شود که در فرکانس های مختلف، طنین داشته باشد، آنهم بسته به ترکیب ژل و شکل آهن رباها و مواد مورد استفاده. در این صورت است که می توان نانوپروب هایی با ساختارهای مختلف را در محیط بومی شده یکسان وارد کرده و با شناسایی پاسخ هایی که به فرکانس های مختلف می دهد، دو متغیر جداگانه را به یکباره شناسایی و اندازه گیری نمود.

محققان ادعا دارند که چنین قابلیتی را با اسکن کردن مدیومی به وسیله دو GEMs با ابعاد خاص  نشان داده اند و سیگنال هایی را به صورت همزمان از هر دوی این GEMs شناسایی کردند. 

 دکتر زابو می گوید: "هدف اینست که دست به طراحی سنسورهای مختلفی برای اندازه گیری موارد مختلف زد و مجموعه ای از زیست علایم بالقوه را به صورت همزمان و موثر اندازه گیری نمود و بهتر بین  پاتولوژی های مختلف فرق گذاشت، نه اینکه صرفا یک سنسور ساخته شود. تصور ما بر اینست که می شود سنسورها را بالقوه سازگار نمود تا اندازه گیری زیست علایم متفاوتی انجام شود که مثلا از نمونه های آن گلوکز، درجه حرارت موضعی، غلظت های یونی مختلف، وجود و یا عدم وجود آنزیم های مختلف و همانند این هاست".

تیم سازنده نانوپروب ها قصد دارند تا در آینده هم روی ریزسازی بیشتر ابعاد و نیز پیدا کردن روشی برای خلق و دستکاری تعداد انبوهی از این نانوپروب های تغییر شکل دهنده  برای منتشرسازی در کمیت های تجاری و نهایتا استفاده در تکنیک های بررسی بیوپزشکی آینده، کار کنند. 

رون گلدفاب مدیر Magnetics Group در NIST اظهار می دارد: "پروژه سنسورهای مغناطیسی کدگذاری شده هندسی که توسط گری زابو و همکارانش انجام گرفته است، نشات گرفته از تحقیقی می باشد که سابقا از سوی همین تیم به انتشار رسیده بود و البته مطالعاتی که جان مورلند در سال 2008 به انجام رسانده است. در تحقیق سابق این تیم، نحوه فعالیت میکرومغناطیس ها به عنوان "تگ های هوشمند" شناسایی بالقوه سلول های خاص، بافت ها یا شرایط فیزیولوژیک مورد بررسی قرار گرفته بود. به لحاظ کارکردی، GEMs که در تحقیقات اخیر مورداستفاده قرار گرفته، پیشرفته تر هستند، زیرا شکل خودشان را در واکنش به محرک های دریافت شده تغییر می دهند، بنابراین، در حکم ابزارهای اندازه گیری ظاهر می شوند. چالش بعدی عبارت است از بهینه سازی طراحی و توسعه روندهای تولید در مقیاس انبوه و کنترل پذیر به لحاظ ابعادی تا سنسورهای مذکور در تعداد انبوه در اختیار محققان قرار داشته باشد".

ویدئوی کوتاهی که در ادامه می آید نمایه ای تصویری از نانوپروب ها را به هنگام عمل نشان می دهد.

 نتایج تحقیق مذکور به تازگی در ژورنال Nature به چاپ رسیده است. 

 

لطفا صبر کنید ...
کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
اولین Evora 400 به انگلستان رسید

اولین Evora 400 به انگلستان رسید

شرکت لوتوس این هفته خروج اولین Evora 400 از خط مونتاژ جدید آن در هیتل انگلستان را جشن گرفت و این طبیعی است که همه برای ورود این مدل به کشورشان لحظه شماری می کنند.

مطالعه متن کامل
مد های2DS و 3DS امکان استفاده از دسته کنترلی GameCube را برای واردسازی داده می دهد

مد های2DS و 3DS امکان استفاده از دسته کنترلی GameCube را برای واردسازی داده می دهد

کسانی که گیم Smash Brosرا بازی کرده باشند می دانند که این بازی یک جاهایی بسیار سنگین می شود و گیمر فشار بسیار زیادی را روی دسته کننرلی وارد می آورد. به همین خاطر، نینتندو (Nintendo) تاجایی پیش رفته که از دسته کنترلی عرضه شده اش هم پشتیبانی به عمل آورده و بهترین دسته را به نام GameCube برای بازی Super Smash Bros ارائه داده است.

مطالعه متن کامل
 ناسا تصاویر مربوط به یک روز از حیات پلوتون و قمر شارون این سیاره را منتشر نمود

ناسا تصاویر مربوط به یک روز از حیات پلوتون و قمر شارون این سیاره را منتشر نمود

ناسا اقدام به انتشار تصاویری کرده است که چرخش کامل سیاره کوتوله پلوتون و قمر بزرگتر از اندازه معمول آن شارون را نشان می دهد. مشاهداتی که برای خلق موزاییک های این تصویر انجام شده اند، توسط فضاپیمایی صورت گرفته است که عبوری با شتاب بالا از مقابل سیاره کوتوله را به انجام رسانده و در این حین از دوربین تصویربرداری مرئی چند طیفی یا رالف Ralph/Multispectral Visible Imaging Camera و تصویربردار مخفی برد بلند Long Range Reconnaissance Imager یا به اختصار LORRI استفاده نموده است.

مطالعه متن کامل
منشاء سیستم عروقی لنفاوی آشکار

منشاء سیستم عروقی لنفاوی آشکار

در مطالعه جدید، که در Cell Reports به چاپ رسید، محققین در دانشگاه آپسالا با استفاده از مجاری لنفاوی طی دوره رشد جنین توانستند یک مکانیسم جدید را توصیف کنند. یافته های این پژوهش از ترمیم مجاری لنفاویِ آسیب دیده با استفاده از ریشه سلولها پرده برمی دارد.

مطالعه متن کامل
دستیابی به پیشرفتهای جدید در زمینه فرامواد

دستیابی به پیشرفتهای جدید در زمینه فرامواد

گروهی از محققان دانشگاه City College of New York موفق شدند نشان دهند که چگونه هم انتشار نور و هم جذب نور از فراموادی که با نورِ گسیل شده از نانوکریستالها احاطه شده اند، افزایش می یابد. این پیشرفت می تواند منجر به گستره ای از کاربردها شامل LEDهای فوق سریع، لیزرهایی در ابعاد نانو و "منابع تک فوتونی" کارآمد شود.

مطالعه متن کامل