ساخت ریزآنتن های بی سیم برای رصد ضعیف ترین سیگنال های 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 بیماری هایی مانند آریتمی قلبی و آلزایمر کمک می کند و درمان های هدفمندتری را ممکن می سازد.

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

«دبلینا سرکار» مجری این تحقیقات گفت: «سیگنال های بیوالکتریکی برای عملکرد سلول ها و فرآیند های مختلف زندگی ضروری هستند، با این حال، ثبت دقیق چنین سیگنال های الکتریکی همیشه چالش برانگیز بوده است.»

وی افزود: «آنتن های آلی پراکنده کننده الکتریکی (OCEAN) که ما توسعه داده ایم، امکان ضبط سیگنال های الکتریکی را به صورت بی سیم با وضوح فضایی میکرومتری از هزاران مکان ضبط به طور همزمان فراهم می آورد. این می تواند فرصت های بی سابقه ای برای شناخت زیست شناسی بنیادی و سیگنال های تغییر یافته در وضعیت بیماری و همچنین برای غربالگری اثر درمان های مختلف برای ارائه درمان های جدید ارائه کند.»

نیاز به ساده سازی دستگاه های حسگر زیستی، الهام بخش ساخت آنتن های OCEAN بوده است. این محققان به جای تکیه بر سیم های معمولی، آنتن های کوچکی طراحی کردند که سیگنال های الکتریکی را به نور تبدیل می کنند که می توان آنها با استفاده از میکروسکوپ های نوری استاندارد که معمولا در آزمایشگاه های زیست شناسی یافت می شوند اندازه گیری کرد.

مجریان این پژوهش می گویند: «دستگاهی ساخته ایم که سیگنال های الکتریکی را به نور تبدیل می کند و سپس از یک میکروسکوپ نوری، که در هر آزمایشگاه زیست شناسی وجود دارد، برای بررسی این سیگنال ها 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 OCEAN هایی شد که کاملا از «PEDOT: PSS» ساخته شده بودند؛ پلیمری که ضریب شکست خود را در واکنش به فعالیت الکتریکی اطراف تغییر می دهد.

آنتن ها نور را متناسب با سیگنال های الکتریکی که تشخیص می دهند پراکنده می کنند و به محققان این امکان را می دهند تا تعاملات سلولی را به طور بلادرنگ با دقت قابل توجهی ثبت کنند.

این آنتن ها از لایه ای شیشه ای متشکل از مواد رسانا و عایق ساخته شده اند که در زیر آن حفره های نانومقیاس با استفاده از پرتو یون متمرکز حک می شود.

آنها تراشه را در محلولی غوطه ور می کنند که حاوی واحد های سازنده پیش ساز پلیمر است. با اعمال جریان الکتریکی به محلول، آن ماده پیش ساز به سوراخ های کوچک روی تراشه جذب می شود و آنتن های قارچی شکل از پایین به بالا «رشد» می کنند.

این روش به محققان اجازه می دهد میلیون ها آنتن را روی یک تراشه بسازد که برای مطالعات بزرگ تر مقیاس پذیر است.

این آنتن ها با تنها یک میکرومتر عرض، حساسیت بسیار بالایی را ارائه داده و سیگنال های کمتر از ۲.۵ میلی ولت را تشخیص می دهند که بسیار کمتر از سیگنال های معمولی ۱۰۰ میلی ولتی است که نورون ها برای ارتباط استفاده می کنند. این دستگاه ها همچنین می توانند تغییرات سریع را ثبت کرده و در عرض چند میلی ثانیه به نوسانات الکتریکی پاسخ دهند.

آرایه های OCEAN که در حال حاضر برای مطالعات آزمایشگاهی طراحی شده اند، کشت های سلولی را قادر می سازند تا به طور مستقیم روی آنتن ها و برای مشاهده زیر میکروسکوپ های نوری رشد کنند. این فناوری با جمع آوری داده های با توان بالا از هزاران حسگر مستقل، می تواند درک ما از ارتباطات سلولی را به میزان قابل توجهی ارتقا دهد.

برنامه های آتی برای آنتن های OCEAN شامل تغییر شکل آنها به منظور نفوذ به غشای سلولی برای اندازه گیری های دقیق تر و ادغام آنها در دستگاه های نانوفوتونیکی برای افزایش دستکاری نور می شود.

نتایج این تحقیقات در نشریه Science Advances منتشر شده است.