پایش وضعیت سلول‌های زنده با استفاده تراشه های الکترونیکی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، به نقل از ستاد نانو نظارت کمی، عاری از برچسب و غیرتهاجمی بر فعالیت‌های سلولی برای درک فرآیندهای زیستی مختلف و پاسخ سلول‌ها به داروهای درمانی بسیار مهم است.

با این حال، رویکردهای موجود اغلب با مراحل آماده‌سازی زمان‌بر متعدد، دستگاه‌های پیچیده و ناسازگاری که ممکن است با سلول‌ها تداخل داشته باشد و باعث تأثیر ناخواسته بر آن‌ها شود، محدود می‌شوند.

یک تیم تحقیقاتی میان رشته‌ای به رهبری دکتر ژیقین چو از گروه مهندسی برق و الکترونیک دانشگاه هنگ کنگ و دکتر یوان لین از گروه مهندسی مکانیک، با همکاری دکتر کوای هی لی از دانشگاه علوم و فناوری جنوب، یک تراشه GaN کم‌هزینه، بسیار کوچک و سازگار با انکوباتور توسعه داده است که امکان نظارت در زمان واقعی سلول‌ها را در فضای محدود و مرطوب یک انکوباتور فراهم می‌کند.

این دستگاه کاربردی درک جدیدی در مورد تحقیقات بنیادی زیست‌شناسی سلولی و کشف دارو ارائه می‌دهد و به توسعه نسل جدیدی از حسگرهای زیستی کمک می‌کند. این تیم برای ثبت اختراع این فناوری در دفتر USPTO اقدام کرده است.

در مقایسه با مولکول‌های فلورسانس معمولی و روش‌‌های برچسب‌گذاری مبتنی بر رادیونوکلئید، آنالیز بدون برچسب امکان نظارت بر تغییرات زیست‌سیگنال‌ها را در زمان واقعی و بدون دستکاری مصنوعی در نمونه‌ها فراهم می‌کند. این کار به نمونه‌های هدف اجازه می‌دهد تا حالت‌های ذاتی خود را حفظ کنند و اثرات جانبی بر روی ساختار بومی و فعالیت زیستی لیگاندها، سلول‌ها یا بافت‌های هدف را به حداقل برساند.

تا به امروز، پیشروترین فناوری حسگری بدون برچسب در بازار، حسگرهای میکروالکترونیک مبتنی بر حسگر امپدانس الکتریکی است. این حسگر الکتریکی شامل مجموعه‌ای از حسگرهای زیستی طلایی است که در دیواره محیط رشد سلول‌ها ادغام شده‌اند و با تشخیص امپدانس بلادرنگ اجازه می‌دهد تا دینامیک مرتبط با چسبندگی سلول‌های زنده را ردیابی و کمی‌سازی کند. با این حال، میدان الکتریکی به کار رفته در آنجا به طور بالقوه می‌تواند با نمونه‌های حساس به سیگنال‌های الکتریکی، مانند اعصاب و میوکارد تداخل کند.

به عنوان جایگزین، رویکردهای حسگری نظیر حسگر زیستی شبکه‌ای موج‌بر تشدید (RWG) و تشدید پلاسمون سطحی (SPR)، در سال‌های اخیر به دلیل ماهیت غیر تهاجمی و بدون برچسب‌شان، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. اگرچه این فناوری‌ها دقت نوری بالایی دارند و به طور گسترده در مطالعه برهم‌کنش‌های زیست مولکول‌ها و شناسایی فعالیت‌های سلول زنده استفاده شده‌اند، اما نیاز فزآینده‌ای به شرایط خاص آزمایش و تنظیمات کلی دارند و محدودیت‌های زیادی را برای کاربردهای گسترده آن‌ها در محیط‌های متنوع ایجاد می‌کنند.

این تراشه یکپارچه مبتنی بر GaN، میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل کوچک سفارشی شده (DIC) را ایجاد می‌کند که می‌تواند پیشرفت فرآیندهای مختلف درون سلولی را به روشی بدون نیاز به برچسب، به صورت کمی نظارت کند. این کار نه تنها بازخوانی فوتوالکتریک تغییرات ضریب شکست سلولی و زیر سلولی (RI) را امکان پذیر می کند، بلکه تصویربرداری بلادرنگ از ویژگی‌های فراساختاری سلولی و زیر سلولی در انکوباتور را نیز امکان پذیر می کند.