دانشمندان در موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و موسسه ملی بهداشت (NIH) نوع جدیدی از نانوپروب های شکل پذیر را کشف کردند که می تواند با وضوح بالا و از راه دور به سنجش بیولوژیکی در بدن بپردازد که با تکنولوژی فعلی انجام آن ممکن نیست. انداره این نانو پروب حدود یک دهم اندازه یک گلبول قرمز طراحی شده و برای ارائه بازخورد از شرایط داخلی بدن با تغییر میدان مغناطیسی پاسخ را به محیط بیرون منتقل می کند. محققان برنامه گسترده برای نانوپروب ها در زمینه های شیمی، زیست شناسی، مهندسی و  در آینده برای کمک به پزشکان برای تشخیص بالینی با دقت بالا پیش بینی کرده اند.سنسور مغناطیسی هندسی کد گذاری شده برای نانوپروب از دو صفحه دیسک های فلزی مغناطیسی با قطر ۰٫۵ تا ۲ میکرومتر و  ده ها نانومتر ضخامت با فناوری مهندسی میکرو ساخته شده اند. این دو دیسک برای ایجاد یک کامپوننت فشرده میکرو مینیاتور از ژل پلیمر ساخته شده اند.

shape-shifting-sensor-1

اگر به طور خاص بخواهیم بیشتر درباره آن بگوییم، این پلیمر یک لایه از هیدروژل است که شبکه ای از زنجیره های پلیمری که هیدروفیل (جذب کننده آب ) هستند می باشند و قادر به گسترش به میزان قابل توجهی بر سطح رطوبت در محیط که از آن آنها استفاده می شود هستند. به طور مشابه، این ژل همچنین می توانید زمانی هم در محیط زیستی با رطوبت کم قرار گیرد. به این ترتیب، با گسترش و قراردادن این ژل و سپس تغییر فاصله بین دو دیسکهای مغناطیسی، به نوبه خود کاهش یا افزایش میدان مغناطیسی را نشان می دهد.

این تغییر در قدرت میدان مغناطیسی سپس با فرکانس رزونانس پروتون موجود در مولکول های آب در داخل و اطراف ژل در پاسخ به اعمال تابش فرکانس رادیویی تاثیر می گذارد. در نتیجه، در محیط هایی با مجموعه ای از فرکانس های مختلف اجازه می دهد تا شکل نانوپروب ها در آن زمان سریعا شناسایی شود. پس از آن هم اجازه می دهد تا شرایط از راه دور اندازه گیری و تعیین شود.

مزیت های دیگر این نوع اندازه گیری با نانوپروب ها این است که آن ها با استفاده از انرژی RF به اعماق بیشتر و با تفکیک پذیری و حساسیت بیشتری به مشاهده شرایط داخلی بدن می پردازند. بسیاری از فن آوری های تصویربرداری موجود به دنبال استفاده در محیط های بیوشیمیایی مانند اسیدیته و غیر طبیعی و یا قلیائیت و غلظت یون در طیف وسیعی از سنسورهای اندازه گیری نانو عمل می کنند و به استفاده از نور در فرکانس های قابل مشاهده برای بررسی تکیه می کنند. با این حال این مقدار از این سیگنال های نوری در برخورد با عمق و در درون بدن به طور قابل توجهی در بررسی ها کاهش می یابد و  در نتیجه استفاده از آنها به مناطقی که به راحتی در دسترس هستند محدود می شود.

با توجه به نتایج به دست آمده توسط این تیم تحقیقاتی، ترکیب دیسک / هیدروژل مغناطیسی نه تنها محدود به مناطقی که به راحتی در دسترس و یا کم عمق، هستند نیست، بلکه امکان تجزیه و تحلیل زمان واقعی از محیط در مقیاس مولکولی درون ساختار بافت را هم دارد.

دکتر گری زابائو محقق ارشد NIST میگوید: “طراحی ما در اصول کار کاملا متفاوت است به جای سنجش بر اساس نور، پروب شکل پذیری طراحی کرده ایم که در فرکانس رادیویی (RF) فعالیت می کند و به طور خاص به تشخیص با رزونانس استاندارد هسته ای مغناطیسی (NMR) و یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) در محدوده RF را با دخالت خیلی کم مواد بیولوژیکی عمل می کند.”

دانشمندان نانوپروپ را به وسیله راه حل های مختلفی از جمله متغیر pH، غلظت یون در یک مایع، متوسط ​​رشد جمعیت سلول های زنده کلیه، مشاهده تغییرات مربوط به سوخت و ساز بدن در زمان عملکرد با کمبود انتقال اکسیژن آزمایش کردند. در این آزمون، واکنش سلول ها، افزایش سطح اسیدیته محیط  و رشد و تغییر  در زمان واقعی ثبت شده و تغییر در فرکانس رزونانس توسط سنگهای کاشته شده را یافتند.

علاوه بر این، محققان ادعا کردند که اساس پروب نسل اول مورد استفاده در این آزمایش های اولیه به راحتی قادر به برطرف کردن تغییرات فرکانس است در نتیجه بازخورد های بهتری از هر فرکانس قابل مقایسه با تغییرات ارائه میدهد و جمع آوری مشاهدات از طریق روش های طیف سنجی رزونانس مغناطیسی در حال حاضر در دسترس قرار دارد.

“کار بر روی سنسور مغناطیسی هندسی کد گذاری شده توسط گری زابائو  و همکارانش گسترش یافته و تحقیقات منتشر شده توسط این تیم همراه با جان موریلند  در NIST، از سال ۲۰۰۸٫ آغاز شده است.

نتایج حاصل از این پژوهش اخیرا در مجله Nature منتشر شده است.

[منبع: Gizmag]