برچسب های الکترونیکی می توانند در داخل سلول ها استفاده شوند

ادوات الکترونیکی به حدی کوچک سازی شده اند که قابلیت قرارگیری در داخل سلول های را پیدا کرده اند. این ادوات می توانند به محققین کمک کنند تا سلول های منفرد را ردیابی کند و بتواند رفتار آنها را در زمان واقعی، ارزیابی کند. این مسئله موجب پدید آمدن یافته های مطالعاتی جدید می شود. وسایلی جدیدی وجود دارد که می تواند بیماری را از یک اندام خاص و یا حتی از سلول های منفرد تشخیص دهد. محققین به زودی در حال برنامه ریزی برای ارزیابی سلول های زنده در داخل کانال سیلیکون رابری میکروسکوپیک و در محدوده ی چند میکرون، می باشند. تحقیقات دیگر می تواند برای توسعه ی برچسب های کوچک تر و پیدا کردن راهی برای ردیابی آنها انجام شوند. این ادوات الکترونیک جدید، در حقیقت برچسب های تشخیصی فرکانس رادیویی می باشند که در اصل بارکدهایی هستند که می توان آنها را از یک فاصله ی معین، تشخیص داد.
یک برچسب RFID معمولاً شامل یک آنتن است که به یک میکروچیب، متصل شده است. یک بخش قرائت که در حقیقت به آن فرستنده (transceiver ) گفته می شود، می تواند سیگنال های الکترونی را از برچسب ها انتشار دهد. در این حالت، برچسب می تواند داده های خود را به بخش ذخیره ارسال کند. داده هایی در مورد مکان، زمان ایجاد و نوع عارضه ی کشف شده. بسیاری از برچسب های RFID دارای باتری نیستند؛ در عوض، آنها با انرژی تغذیه می شوند که بوسیله ی فرستنده دریافت می شود.
این برچسب ها هم اکنون در بسیاری از کاربردها، استفاده می شوند مثلا در کلیدهای الکترونیک، عوارض الکترونیک، کتاب های کتابخانه و بسیاری از کاربردهای مشابه دیگر. اما برچسب های RFID دارای اندازه ای در حد میلیمتر تا سانتیمتر هستند. برچسب های میکروسکوپیک جدیدی تولید شده اند که تنها 22 میکرون عرض اندازه دارند. این اندازه، یک پنجم متوسط قطر موی سر انسان می باشد. به گفته ی محققین، این برچسب ها، کوچکترین برچسب هایی است که تاکنون ساخته شده است. آنها یافته های خود در این زمینه را در26 جولای در مجله ی فیزیکال ریویو اپلای (Physical Review Applied) به چاپ رسانده اند.
برچسب های میکروسکوپی هر کدام از دو لایه ی فلزی تولید شده اند که یکی از تیتانیم و با ضخامت 5 نانومتر و دیگری از جنس طلای و به ضخامت 200 نانومتر می باشد. یک صفحه آلومینیومی 1000 نانومتری نیز در این ساختار وجود دارد و در حقیقت کل ساختار در داخل یک لایه ی عایق از جنس هافنیوم دی اکسید، قرار گرفته اند.
هر برچسب دارای شکل هشت ضلعی است که در حقیقت برای واکنش با میدان مغناطیسی مناسب می باشد. این مسئله را جاسمین هو، محقق ارشد دانشگاه استنفرد در کالیفرنیا می گوید. در نهایت این بخش ها به طور کامل در داخل سیلیکون دی اکسید کپسوله می شوند. این پوشش نهایی موجب می شود تا این وسیله برای کاربردهای بیولوژیکی، ایمن باشد.
قرائت کن های RFID متداول برای ایجاد ارتباط با این برچسب ها استفاده می کنند که این بخش ها حاوی آنتن های مشابه با برچسب می باشند. در عوض، محققین از دو آنتن استفاده می کند، که هر کدام دو برابر قطر برچسب هستند. با انجام این کار، میزان سیگنال برچسب، 10 برابر تقویت می شود. در واقع این کار موجب ایجاد تفاوت بین تشخیص حرکت سلول هدف در محیط بیولوژیکی پیچیده و یا از دست دادن ردیابی سلول هدف، می شود.
اگر چه این برچسب های میکروسکوپی جدید هنوز هم بزرگتر از بسیاری از سلول ها هستند، آنها می توانند با بسیاری از سلول های مورد نظر، فیت شوند. محققین فهمیده اند که این برچسب ها می تواند برای سلول های ملانوم موش، سلول های ملانوم انسانی، سلول های سرطان سینه ی انسانی، سلول های سرطانی روده ی بزرگ و سلول های بافت اتصال دهنده، مورد استفاده قرار گیرند.
محققین به زودی در حال برنامه ریزی برای ارزیابی سلول های زنده در داخل کانال سیلیکون رابری میکروسکوپیک و در محدوده ی چند میکرون، می باشند. تحقیقات دیگر می تواند برای توسعه ی برچسب های کوچک تر و پیدا کردن راهی برای ردیابی آنها انجام شوند.
استفن وانگ، مهندس بیولوژی در انستیتوی تحقیقاتی مترودیس هوستون می گوید: این کار مرحله ی اول از ارسال سیگنال از داخل سلول ها به دنیای خارج می باشد و ریسک تخریب و یا آسیب دیدن سلول ها با استفاده از این ارسال پیام، وجود دارد". این فرد در تحقیقات انجام شده در این زمینه، مشارکت نکرد. او همچنین می گوید: "این تحقیقات یک دنیای جدید در زمینه ی مطالعه ی سلول های زنده را باز می کند".
سنسورها و سایر وسایل می توانند با این برچسب های میکروسکوپیک مزدوج شوند و بدین صورت، انواع مختلفی از کارها در سطح میکروسکوپیک، انجام شود. در این زمینه، ما حدی از کنترل را بر روی سلول داریم که تا قبل، به آن نرسیده بودیم.
قابلیت قراردهی وسایل الکترونیکی در داخل سلول ها، می تواند به محققین کمک کند تا فعالیت سلول ها را ارزیابی و دستکاری کنند. هو (Hu ) می گوید: "بیشتر بیماری ها با علائمی شروع می شوند که هم اکنون تکنولوژی برای ارزیابی آنها وجود ندارد". او همچنین می گوید: "ردیابی و ارزیابی سلول های منفرد ممکن است بتواند بیماری ها را در مراحل اولیه شناسایی کند و بتواند اجازه دهد تا درمان را بسیار زودتر، شروع کنیم. این کار موجب می شود تا درمان موفقیت بیشتری داشته باشد".
برای مثال، یک سنسور حساس به pH که در داخل یک سلول قرار داده می شود، می تواند در اندازه گیری میزان اسیدی بودن سلول، کمک کند. یانگ می گوید: "اسیدی بودن، معیاری است از میزان سلامت یک سلول". "ما می توانیم میزان گلوکز موجود در متابولیسم سلول را اندازه گیری کنیم و همچنین بسیاری از سایر مولکول های موجود در سلول را نیز مورد ارزیابی قرار دهیم".
تحقیقات دیگر در این زمینه باید یبر روی توسعه ی گستره مربوط به این ادوات متمرکز شود تا بدین صورت محققین بتوانند برچسب ها را به طور بهتر مورد ارزیابی قرار دهند. یانگ می گوید: "هم اکنون، دریافت کننده های وایرلس باید بسیار به سلول ها نزدیک شوند و این مسئله خوب نیست". او می گوید: "چیزی که ما انجام داده ایم، مراحل اولیه از این کار است".
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org