پروانه ها می توانند به تشخیص دقیق سرطان کمک کنند
مطب نما: پژوهشگران آمریکایی تلاش کردند با تقلید از سیستم بینایی نوعی پروانه، یک سنسور تصویربرداری ابداع کنند که می تواند سرطان را با دقت 99 درصد تشخیص دهد.
به گزارش مطب نما به نقل از ایسنا و به نقل از ساینمگ، موجودات زیادی با حواس پیشرفته تر از انسان در سیاره ما وجود دارند. لاک پشت ها می توانند میدان مغناطیسی زمین را حس کنند. میگوی آخوندکی می تواند نور پُلاریزه شده را تشخیص دهد. فیل ها می توانند فرکانس های بسیار پایین تری را نسبت به انسان ها بشنوند. پروانه ها می توانند طیف گسترده تری از رنگ ها همچون اشعه فرابنفش را درک کنند.
گروهی از پژوهشگران با الهام از سیستم بینایی پیشرفته پروانه «پاپیلیو شوتوس»(Papilio xuthus)، یک سنسور تصویربرداری ابداع نموده اند که قادر به دیدن محدوده فرابنفش غیرقابل دسترس برای چشم انسان است. در طراحی این سنسور از فتودیودها و نانوبلورهای پروسکایت استفاده شده است که می توانند از طول موج های مختلف در محدوده فرابنفش تصویربرداری کنند. این تکنولوژی جدید تصویربرداری با استفاده از علایم طیفی نشانگرهای زیست پزشکی مانند آمینواسیدها، حتی قادر می باشد بین سلول های سرطانی و سلول های طبیعی با اطمینان ۹۹ درصد تمایز قائل شود.
این پژوهش جدید به سرپرستی «ویکتور گروف»(Viktor Gruev) استاد مهندسی برق و کامپیوتر «دانشگاه ایلینوی اربانا-شمپین»(UIUC) و «شومینگ نی»(Shuming Nie) استاد مهندسی زیستی این دانشگاه انجام شده است.
تغییرات کوچک
گروف اظهار داشت: ما از سیستم بینایی پروانه ها الهام گرفته ایم که قادر به درک کردن چندین ناحیه در طیف فرابنفش هستند و دوربینی طراحی نموده ایم که این عملکرد را تقلید می کند. ما این کار را با استفاده از نانوبلورهای پروسکایت جدید به همراه فناوری تصویربرداری سیلیکونی انجام دادیم. این تکنولوژی جدید دوربین می تواند چندین طیف فرابنفش را تشخیص دهد.
نور فرابنفش، تابش الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه تر از نور مرئی اما بلندتر از اشعه ایکس است. ما بیشتر با اشعه فرابنفش خورشید و خطراتی که برای سلامتی انسان دارد آشنا هستیم. اشعه فرابنفش بر طبق محدوده طول موج های مختلف به سه طیف متفاوت UVA، UVB و UVC طبقه بندی می شود. از آنجائیکه انسان نمی تواند نور فرابنفش را ببیند، به دست آوردن اطلاعات در مورد نور فرابنفش، خصوصاً تشخیص دادن تفاوت های کوچک بین هر طیف چالش برانگیز است.
پروانه ها می توانند این تغییرات کوچک در طیف فرابنفش را ببینند؛ مانند انسان ها که می توانند سایه های آبی و سبز را ببینند.
گروف تصریح کرد: برای من جالب است که چگونه آنها می توانند تغییرات کوچک را ببینند. دیدن اشعه فرابنفش فوق العاده دشوار است برای اینکه توسط همه چیز جذب می شود اما پروانه ها به خوبی موفق شده اند این کار را انجام دهند.
بازی تقلید
انسان ها دارای دید سه رنگ با سه گیرنده نوری هستند که در آن هر رنگی که قابل درک است، می تواند از ترکیب قرمز، سبز و آبی ساخته شود. پروانه ها، چشم های مرکب با شش سطح گیرنده نوری یا بیشتر دارند که حساسیت طیفی آنها مشخص است. پاپیلیو شوتوس یک پروانه زردرنگ آسیایی دم چلچله ای است که نه فقط گیرنده های آبی، سبز و قرمز را دارد، بلکه از گیرنده های بنفش و فرابنفش نیز برخوردار می باشد. علاوه بر این، پروانه ها دارای رنگ دانه های فلورسنت هستند که به آنها امکان می دهد نور فرابنفش را به نور مرئی تبدیل کنند تا به آسانی توسط گیرنده های نوری آنها حس شود. این کار به آنها امکان می دهد تا طیف گسترده تری از رنگ ها و جزییات را در محیط خود درک کنند.
علاوه بر تعداد بالای گیرنده های نوری، پروانه ها یک ساختار لایه ای منحصربه فرد را نیز در گیرنده های نوری خود دارند. گروه دانشگاه ایلینوی برای تقلید از مکانیسم سنجش فرابنفش پروانه پاپیلیو شوتوس، این پروسه را با ترکیب یک لایه نازک از نانوبلورهای پروسکایت و مجموعه ای از فتودیودهای سیلیکونی تکرار کردند.
نانوبلورهای پروسکایت، گروهی از نانوبلورهای نیمه رسانا هستند که خاصیت های منحصربه فرد مشابه نقاط کوانتومی را نشان می دهند. این خاصیت ها، تغییر اندازه و ترکیب ذره هستند که موجب تغییر یافتن خواص جذب و انتشار مواد می شوند. نانوبلورهای پروسکایت در چند سال قبل به عنوان یک ماده جالب برای کاربردهای مختلف مانند سلول های خورشیدی و لامپ های LED ظاهر شده اند. نانوبلورهای پروسکایت در تشخیص دادن طول موج های فرابنفش و حتی طول موج های پایین تر بسیار عالی هستند و بهتر از آشکارسازهای سیلیکونی سنتی عمل می کنند. در سنسور تصویربرداری جدید، لایه نانوبلورهای پروسکایت قادر می باشد فوتون های فرابنفش را جذب نماید و نور را در طیف مرئی(سبز) انتشار دهد که سپس توسط فتودیودهای سیلیکونی طبقه بندی شده شناسایی می شود. پردازش این سیگنال ها امکان نقشه برداری و شناسایی نشانه های فرابنفش را فراهم می آورد.
مراقبت پزشکی و فراتر از آن
نشانگرهای زیست پزشکی گوناگونی در بافت های سرطانی با غلظت های بالاتر از بافت های سالم وجود دارند. این نشانگرها آمینواسیدها(آمینه های سازنده پروتئین ها)، پروتئین ها و آنزیم ها هستند. هنگامی که این نشانگرها با نور فرابنفش برانگیخته می شوند، خودرا در طیف فرابنفش و قسمتی از طیف مرئی نشان می دهند و در فرآیندی به نام «اتوفلورسنس»(autofluorescence) وارد می شوند. نی توضیح داد: تصویربرداری در طیف فرابنفش تا حالا محدودیت داشته و می توانم بگویم که این بزرگترین مانع برای پیشرفت علم بوده است. حالا ما به این فناوری رسیده ایم که می توان از نور فرابنفش با حساسیت بالا تصویربرداری کرد و همین طور می توان تفاوت های کوچک طول موج را تشخیص داد.
از آنجائیکه سلول های سرطانی و سلول های سالم دارای غلظت های متفاوتی از نشانگرها هستند و در نتیجه علایم طیفی متفاوتی دارند، این دو گروه از سلول ها را می توان بر طبق فلورسنس آنها در طیف فرابنفش متمایز کرد. این گروه پژوهشی، دستگاه تصویربرداری خودرا بر طبق توانایی آن در تشخیص دادن نشانگرهای در رابطه با سرطان ارزیابی کردند و دریافتند که قادر می باشد بین سرطان و سلول های سالم با اطمینان ۹۹ درصد تمایز قائل شود.
گروف، نی و گروه پژوهشی مشترک آنها معتقدند که از این سنسور می توان در طول جراحی استفاده نمود. یکی از بزرگ ترین چالش ها این است که بدانید چه مقدار بافت را باید برداشت تا از حاشیه های شفاف اطمینان حاصل شود و چنین سنسوری بتواند پروسه تصمیم گیری را زمانی که جراح درحال برداشتن تومور سرطانی است، تسهیل کند.
نی اظهار داشت: این تکنولوژی جدید تصویربرداری، ما را قادر می سازد تا سلول های سرطانی را از سلول های سالم متمایز نماییم و کاربردهای جدید و هیجان انگیزی را فراتر از حوزه سلامت ارائه می دهد.
علاوه بر پروانه ها، گونه های دیگری نیز وجود دارند که می توانند در اشعه فرابنفش ببینند و داشتن راهی برای تشخیص دادن آن نور، فرصت های جالبی را برای زیست شناسان فراهم می سازد تا درباره ی اینگونه ها اطلاعات بیشتری را مانند عادات شکار و جفت گیری آنها کسب کنند. بردن سنسور به زیر آب نیز می تواند به درک بیشتر آن محیط کمک نماید. بااینکه مقدار زیادی اشعه فرابنفش توسط آب جذب می شود اما هنوز هم مقدار کافی از آن وجود دارد که بتواند تأثیر بگذارد و حیوانات زیادی نیز زیر آب وجود دارند که نور فرابنفش را می بینند و از آن استفاده می نمایند.
این پژوهش در مجله «Science Advances» به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب