پای کوانتوم به سلول های بدن باز می شود
تعمیر تلفن: خواص کوانتومی نیمه رساناهای به ضخامت یک اتم، روش تازه ای را برای تشخیص سیگنال های الکتریکی در سلول ها ارائه می دهند.
به گزارش تعمیر تلفن به نقل از ایسنا، دانشمندان در دهه های گذشته برای ردیابی فعالیت الکتریکی سلول های زنده به الکترودها و رنگ ها متکی بودند. حالا، مهندسان «دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو»(UCSD) دریافته اند که مواد کوانتومی به ضخامت تنها یک اتم می توانند این کار را فقط با استفاده از نور انجام دهند.
به نقل از فیز، بررسی این گروه پژوهشی نشان داده است نیمه رساناهای فوق نازک که الکترون ها را در دو بعد به دام می اندازند، می توانند برای حس کردن فعالیت الکتریکی سلول های زنده با سرعت و وضوح بالا مورد استفاده قرار بگیرند.
دانشمندان پیوسته به دنبال راه های بهتری برای ردیابی فعالیت الکتریکی تحریک پذیرترین سلول های بدن مانند نورون ها، رشته های عضلانی قلب و سلول های لوزالمعده بوده اند. این پالس های الکتریکی کوچک، همه چیز را از تفکر گرفته تا حرکت و متابولیسم هماهنگ می کنند اما ثبت آنها در لحظه و در مقیاس های بزرگ همچنان یک چالش باقیمانده است.
الکتروفیزیولوژی سنتی که بر ریزالکترودهای تهاجمی متکی است، ثبت دقیقی را عرضه می دهد اما در مقیاس پذیری با محدودیت هایی روبه رو است. کاشت الکترود در مناطق وسیعی از بافت می تواند صدمه قابل توجهی را ایجاد نماید.
باآنکه روش های مبتنی بر نور مانند تصویربرداری از کلسیم قادر به نظارت بر جمعیت های بزرگی از سلول ها هستند اما تنها یک نگاه غیر مستقیم را به فعالیت الکتریکی فراهم می کنند. آنها به جای ثبت تغییرات ولتاژ واقعی که ارتباطات سلولی را هدایت می کنند، به ثبت تغییرات ثانویه می پردازند و این کار می تواند اختلافات قابل توجهی را ایجاد نماید.
مهندسان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو یک روش جدید را معرفی کرده اند که می تواند این شکاف را پر کند. روش آنها یک روش پرسرعت و تمام نوری برای ثبت تغییرات ولتاژ با استفاده از نیمه رساناهایی به ضخامت یک اتم است. نکته کلیدی در نحوه تعامل الکترون های این مواد با نور نهفته است. هنگامی که آنها در معرض یک میدان الکتریکی قرار می گیرند، بین دو حالت اکسیتون ها و تریون ها تغییر می کنند.
محققان دریافتند که تبدیل اکسیتون ها به تریون ها در نیمه رساناهای به ضخامت یک اتم را میتوان برای تشخیص سیگنال های الکتریکی سلول های عضله قلب مهار کرد. این کار بدون احتیاج به الکترودهای متصل یا رنگ های حساس به ولتاژ صورت می گیرد که می توانند در عملکرد سلولی اختلال ایجاد کنند. به بیانی دیگر، میتوان از خواص کوانتومی خود ماده بعنوان سنسور بهره برد.
«ارطغرل کوبوکچو»(Ertugrul Cubukcu) پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: ما معتقدیم که حساسیت ولتاژ اکسیتون ها در نیمه رساناهای تک لایه می تواند امکان بررسی مدار مغز را فراهم آورد.
کوبوکچو و گروهش، خواص کوانتومی سولفید مولیبدن تک لایه را مطالعه کردند. آنها دریافتند که این ماده نیمه رسانا علاوه بر سازگاری زیستی، دارای یک مزیت خاص است. این ماده در طول فرایند تولید خود به صورت طبیعی فضاهای خالی گوگرد را تشکیل می دهد که تراکم بالایی از تریون ها ایجاد می کنند. این نقص داخلی سبب می شود که به تغییرات میدان های الکتریکی مجاور همچون میدان هایی که توسط سلول های زنده تولید می شوند و تبدیل خودبه خود اکسیتون به تریون را امکانپذیر می کنند، واکنش فوق العاده ای داشته باشند.
محققان خاطرنشان کردند که با ردیابی تغییرات نورتابی مواد میتوان فعالیت الکتریکی سلول های عضله قلب را در لحظه با سرعتی نقشه برداری کرد که با هیچ فناوری تصویربرداری دیگری تا به امروز قابل قیاس نیست.
این فناوری می تواند کاربردهای متنوعی داشته باشد که همچون آنها میتوان به ترسیم اختلالات شبکه در مناطق وسیعی از بافت تحریک پذیر، از سطح تا لایه های عمیق تر اشاره نمود. این فناوری می تواند اطلاعاتی را در رابطه با مکانیسم های زمینه ساز اختلالات عصبی و قلبی عرضه نماید و تصویر واضح تری را از چگونگی بروز اختلال در مدارهای الکتریکی بدن توسط بیماری ها به نمایش بگذارد. همچنین، این فناوری امکان دارد راهبردهای درمانی را مانند تحریک عمیق مغز برای بیماری پارکینسون یا ردیابی ضربان قلب برای آریتمی قلبی اصلاح نماید.
علاوه بر همه مزایای مذکور، این فناوری می تواند به کشف مواد کوانتومی جدیدی بیانجامد که روش های غیر تهاجمی و پرسرعت را جهت بررسی فعالیت الکتریکی در موجودات زنده عرضه می دهند.
این پژوهش در مجله «Nature Photonics» به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب