21. yüzyılda büyük tıbbi keşifler! Yeni nano fiber teknolojisi, hücre kanserinin sesini "izler"
Vücudunuzun her zaman kuvvetli veya hafif egzersiz yaptığını ve aynı zamanda vücuttaki hücre dokularının sürekli titrediğini hatırlayın. Bu tür bir titreşim, hücrenin molekülleri hareket ettiğinde oluşan etkileşim kuvvetidir.
Bu kuvvet, havada iç kulağımızın timpanik zarına iletilen bir basınç dalgası üretirse, onu duyabiliriz. "Hücrelerin şarkıları". Ancak bu tür bir titreşim çok küçük olduğu için, en gelişmiş cihazlarla bile doğru şekilde yakalamak zordur.
Şu anda moleküller arasındaki kuvvetleri izlemek için en etkili cihaz atomik kuvvet mikroskobu (AFM), onun Anahtar bileşen bir konsol İğne ucu ile ölçülen nesnenin yüzeyi arasındaki etkileşim yoluyla çeşitli gerilmeler ölçülür. Ancak titreşim ve doğruluk sorunları nedeniyle hücre hareketini izleyemez.
Şekil | Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM)
Ancak bu sorun bilim adamları tarafından çözülüyor gibi görünüyor! 15 Mayıs'ta Nature Photonics'te yayınlanan bir makaleye göre, Amerika Birleşik Devletleri'nde yerel saatle, California Üniversitesi, San Diego'daki mühendisler bir Çok hassas ve hassas bir cihaz, çok hassas Yüzen bakteri tarafından üretilen kuvveti tespit edebilir , Hatta kas hücrelerinin nabzı "duyabilirsiniz".
Şekil | Kavramsal olarak nano fiber algılama
Cihaz aslında nano seviyeli bir optik fiberdir, yaklaşık insan saçı çapının 1 / 100'ü kadardır. Bu optik fiber, kültür solüsyonunda yüzerken Helicobacter pylori tarafından üretilen 160 femtonewton (fN) kadar düşük kuvveti tespit edebilir ve 1 femtonewton, 1 newtonun yalnızca on trilyonda biridir.
Ek olarak, Nano fiber prob, farelerin atan kardiyomiyositlerinden üretilen sesi de algılayabilir. Bu sesin yoğunluğu yaklaşık -30 desibel olup, insan kulağının duyabileceği ses sınırının binde biri kadardır.
"Bu teknolojiyle ilgili önemli olan şey, Artık bu son derece mikro etkileşimleri izleyebiliriz Ve daha önce bu hayal bile edilemezdi. Kaliforniya Üniversitesi San Diego Mühendislik Okulu nano mühendislik profesörü Donald Sirbuly, ekibinin sonuçları hakkında böyle yorum yaptı.
Resim | Profesör Donald Sirbuly
Profesör Sirbuly ayrıca, Bu teknolojinin gelecekteki uygulamaları daha heyecan verici olacak Örneğin, tek bir bakterinin morfolojisini ve aktivitesini tespit edebilir, hücrelerin kombinasyonunu veya bölünmesini izleyebilir; hücrelerin kanserli olup olmadığını veya virüsler tarafından saldırıya uğrayıp uğramadığını belirlemek için hücrelerin fiziksel özelliklerindeki değişiklikleri izleyebilir ve hatta canlı hücrelerin emisyonunu izlemek için nano seviyeli bir stetoskop görevi görebilir. sesi.
Aslında, 2002 gibi erken bir zamanda, Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi'nde tanınmış bir nanoteknoloji uzmanı olan Profesör James Gimzewski yukarıdaki fenomeni fark etti ve Sonositoloji. o düşünüyor, Hücre seslerindeki değişiklikler sayesinde hangi hücrelerin hastalık olasılığına sahip olduğunu olabildiğince erken bulmak mümkündür. .
Resim | Nanoteknoloji uzmanı Profesör James Gimzewski
2004'te Profesör Gimzewski, Science dergisinde ekibin maya üzerine iki yıllık araştırmasını açıklayan bir makale yayınladı ve şunu buldular: Doğumdan ölüme kadar hücreler her zaman belirli bir frekansta hareket eder . Bu hareket, belirli bir frekans aralığında gerçekleştirilen ses biçiminde ifade edilir ve bu frekanslar özel bir anlam ifade eder.
Hücresel akustik açısından bakıldığında, hücre sağlığının önemli bir göstergesi, titreşim frekansındaki değişimdir. Sağlıklı bir hücrenin standart rezonans frekansı 1,8 Hz ile 8,2 Hz arasındadır ve buna "hücrenin şarkı söylemesi" denir.Bir hücre yaralandığında "çığlık atar" ve hücre ölmeden önce "inler".
Hücreler kanserleştiğinde ses çıkarırlar. Profesör Gimzewski, böylesine büyük bir atılım nedeniyle Hücre akustiği, 21. yüzyılın en önemli tıbbi keşiflerinden biri olarak da bilinir.
Şekil | Mikroskop altındaki hücreler "şarkı söylüyor"
Ve bu kez, Profesör Donald Sirbulynin nano-fiber probu şüphesiz hücre akustiğini ileriye taşıyarak mevcut atomik kuvvet mikroskobunun (AFM) hassasiyetini en az 10 kat artırdı. Atomik kuvvet mikroskobu şu anda moleküller arasındaki son derece küçük etkileşim kuvvetlerini tespit etmek için kullanılan ana araçtır, ancak sadece birkaç yüz nanometre çapa sahip yeni tip bir fiber detektörle karşılaştırıldığında, açıkça bir devdir.
"Yeni geliştirdiğimiz nanofiber dedektörümüzü Optik cımbız duyarlılığına sahip minyatür bir atomik kuvvet mikroskobu olarak anlaşılır ", Profesör Sirbuly, dedi.
Bu cihazın yapısı son derece karmaşıktır, esas olarak ince kalay dioksit optik fiberden yapılmıştır, ince bir polietilen glikol polimer tabakası ile kaplanmıştır ve ayrıca altın nanopartiküller ile kaplanmıştır.
Bunu kullanırken, araştırmacının önce optik fiberi hücre çözeltisine batırması ve ardından ona bir ışık demeti göndermesi gerekir.Optik sinyal tarafından geri gönderilen sinyal yoğunluğuna göre, optik fiberin çevredeki ortamdan ne kadar ses ve enerji emdiği değerlendirilebilir.
"Bu yüksek çözünürlüklü nano algılama aracıyla yalnızca bu ince enerjileri ve sesleri algılayamıyoruz, Herhangi bir ince değişiklik ölçülebilir ", Sirbuly açıkladı.
Nano fiber dedektörün çalışma prensibi aslında karmaşık değildir: Işık, optik fiber boyunca hareket ettiğinde, altın nanopartiküller ile etkileşime girer ve ışık sinyali, geleneksel bir mikroskopla gözlemlenebilecek kadar yükseltilir.
Bu optik sinyallerin sabit yoğunluğu, optik fiber hücre solüsyonuna daldırıldıkça değişecektir. Hücrelerden gelen enerji ve ses dalgaları altın nanopartiküllere çarptığında, bunlar optik fiberin yüzeyinden ayrılacak, böylece ışık sinyali ile daha güçlü etkileşime girecek ve böylece ışık sinyalinin yoğunluğu artacaktır.
Deney sırasında, araştırmacılar ayrıca ekipmanı sürekli olarak kalibre ettiler, böylece farklı enerji ve ses dalgalarına uyum sağladılar.
Cihazın anahtarı, Lif toplama tabakası Hücrelerden yayılan çok zayıf enerji ve ses dalgalarını algılayacak kadar hassastır. Profesör Sirbulynin ekibi, bu toplama katmanı statik değil Sırasıyla daha güçlü ve daha zayıf enerji yoğunluklarını izlemek için kullanılabilen daha sert ve daha yumuşak polimer kaplamalar geliştirilmiştir.
Geleceğe bakan araştırmacılar, tek tek hücrelerin biyolojik aktivitesini ve mekanik özelliklerini tespit etmek için nano fiber kullanmayı da planlıyor. Ve daha fazla geliştirme, Son derece hassas biyolojik stetoskop, Geliştirmek için sesli geri bildirimi kullanmak bile mümkündür Yeni nano görüntüleme teknolojisi.
