ردیابی سیگنال‌های قلب و مغز تا ۲.۵ میلی ولت ممکن شد

محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) از یک روش حسگر زیستی پرده‌برداری کرده‌اند که از آنتن‌های کوچک و بی‌سیم برای نظارت بر سیگنال‌های الکتریکی در سیستم‌های زیستی با دقت بی‌سابقه‌ای استفاده می‌کند.

کد خبر: ۷۶۹۴۵۱

تاریخ: ۰۴ دی ۱۴۰۳ - ۱۳:۵۷

به گزارش ایران اکونومیست، این نوآوری با حذف نیاز به سیم و تقویت‌کننده، مطالعات سلولی را ساده می‌کند و پیشرفت‌های بالقوه‌ای را در تشخیص بیماری‌هایی مانند آریتمی و آلزایمر ارائه می‌دهد و درمان‌های هدفمندتری را ممکن می‌سازد.

به نقل از آی‌ای، سیگنال‌های الکتریکی برای ارتباطات سلولی، مهم هستند، با این حال روش‌های سنتی برای اندازه‌گیری آنها دست و پا گیر و از نظر دامنه محدود است.

دبلینا سارکار(Deblina Sarkar) نویسنده این مطالعه می‌گوید: آنتن‌های آلی پراکنده الکتریکی(OCEAN) که ما توسعه داده‌ایم، ضبط سیگنال‌های الکتریکی را به صورت بی‌سیم با وضوح فضایی میکرومتری از هزاران مکان به طور همزمان ممکن می‌سازند. این می‌تواند فرصت‌های بی‌سابقه‌ای برای درک زیست‌شناسی بنیادی و سیگنال‌های تغییر یافته در حالت‌های بیماری و همچنین برای غربالگری اثر درمان‌های مختلف برای فعال کردن درمان‌های جدید ایجاد کند.

ساخت OCEAN‌ها از نیاز به ساده‌سازی دستگاه‌های حسگر زیستی نشات گرفته‌ است. محققان به جای تکیه بر سیم‌های سنتی، آنتن‌های کوچکی طراحی کردند که سیگنال‌های الکتریکی را به نور تبدیل می‌کنند که می‌توان با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری استاندارد که معمولا در آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی یافت می‌شوند آنها را اندازه‌گیری کرد.

در ابتدا، محققان پلیمر ترکیب شده با نانوذرات طلا را برای تشخیص تغییرات الکتریکی آزمایش کردند، اما چندی نگذشت که دریافتند که پلیمر به تنهایی موثرتر است. این یافته منجر به ایجاد OCEAN‌هایی شد که کاملاً از پلی استایرن سولفونات ساخته شده بودند. این پلیمری است که ضریب شکست خود را در پاسخ 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 در لحظه با دقت قابل‌توجهی ثبت کنند.

این فرآیند با لایه‌ای شیشه‌ای با مواد رسانا و عایق آغاز می‌شود و به دنبال آن حفره‌های نانومقیاس با استفاده از پرتو یون متمرکز، حک می‌شود.

آنها تراشه را در محلولی غوطه‌ور می‌کنند که حاوی واحدهای سازنده پیش‌ساز پلیمر است. با اعمال جریان الکتریکی به محلول، آن ماده پیش‌ساز به سوراخ‌های کوچک روی تراشه متصل می‌شود و آنتن‌های قارچی شکل از پایین به بالا رشد می‌کنند.

این روش به محققان اجازه می‌دهد میلیون‌ها آنتن را روی یک تراشه بسازند که برای مطالعات بزرگ‌تر مقیاس‌پذیر است.

آنتن‌ها، تنها یک میکرومتر عرض دارند، حساسیت فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌دهند و سیگنال‌های کمتر از ۲.۵ میلی‌ولت 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 کنند و در عرض میلی ثانیه به نوسانات الکتریکی پاسخ دهند.