پای کوانتوم به سلول های بدن باز می شود

مطب نما: 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 مطب نما 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 بهره گیری از نور انجام دهند.
به نقل از فیز، بررسی این گروه پژوهشی نشان میدهد 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 بدنبال 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 بازهم یک چالش باقیمانده است.
الکتروفیزیولوژی سنتی که بر ریزالکترودهای تهاجمی متکی است، ثبت دقیقی را ارائه می دهد اما در مقیاس پذیری با محدودیت هایی روبه رو است. کاشت الکترود در مناطق وسیعی از بافت می تواند لطمه قابل توجهی را بوجود آورد.
بااینکه 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 بجای 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 بوجود آورد.
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 بهره گیری 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 می توان برای تشخیص سیگنال های الکتریکی سلول های عضله قلب مهار کرد. این کار بدون نیاز به الکترودهای متصل یا رنگ های حساس به ولتاژ به انجام می رسد که می توانند در عملکرد سلولی اختلال ایجاد کنند. بعبارت دیگر، می توان از خواص کوانتومی خود ماده به عنوان 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 پروسه تولید خود بطور طبیعی فضاهای خالی گوگرد را تشکیل می دهد که تراکم بالایی از تریون ها ایجاد می کنند. این نقص داخلی موجب 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 ممکن می کنند، واکنش فوق العاده ای داشته باشند.
محققان خاطرنشان کردند که با ردیابی تغییرات نورتابی مواد می توان 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 می توان 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 درباره ی مکانیسم های زمینه ساز اختلالات عصبی و قلبی عرضه نماید و تصویر واضح تری را از چگونگی بروز اختلال در مدارهای الکتریکی بدن توسط بیماریها به نمایش بگذارد. همچنین، این فناوری ممکنست 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 منجر شود که روش های غیر تهاجمی و پرسرعت را جهت بررسی فعالیت الکتریکی در موجودات زنده ارائه می دهند.
این پژوهش در مجله «Nature Photonics» به چاپ رسید.

منبع: مطب نما

1403/12/15

10:23:29

5.0 / 5

168

تگهای خبر: بافت , بیمار , بیماری , تولید

این مطلب مطب نما را می پسندید؟

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مطب نما

نظرات بینندگان مطب نما در مورد این مطلب

نظر شما در مورد این مطلب

نام:

ایمیل:

نظر:

سوال:

= ۴ بعلاوه ۲