غير مسبوقة..تقنية لتتبع إشارات القلب والدماغ
نيسان ـ نشر في 2024-12-25 الساعة 12:35
x
نيسان ـ كشف باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية استشعار بيولوجي تستخدم هوائيات لاسلكية صغيرة لمراقبة الإشارات الكهربائية في الأنظمة البيولوجية بدقة غير مسبوقة.
ومن خلال القضاء على الحاجة إلى الأسلاك والمكبرات، يعمل الابتكار على تبسيط الدراسات الخلوية، مما يوفر تقدماً محتملاً في تشخيص حالات مثل عدم انتظام ضربات القلب ومرض الزهايمر وتمكين علاجات أكثر استهدافاً.
و تعتبر الإشارات الكهربائية أساسية للاتصال الخلوي، إلا أن الطرق التقليدية لقياسها مرهقة ومحدودة النطاق، وفق "إنترستينغ إنجينيرينغ".
و قالت ديبلينا ساركار، المؤلفة الرئيسية للدراسة: "الكهرباء الحيوية أساسية لعمل الخلايا والعمليات الحيوية المختلفة، وكان تسجيل مثل هذه الإشارات الكهربائية بدقة أمراً صعباً، وتتمكن هوائيات التشتت الكهربائي العضوي (OCEANs) التي طورناها من تسجيل الإشارات الكهربائية لاسلكيًا بدقة مكانية ميكرومترية من آلاف مواقع التسجيل في وقت واحد، يمكن أن يخلق هذا فرصاً غير مسبوقة لفهم البيولوجيا الأساسية والإشارات المتغيرة في الحالات المرضية بالإضافة إلى فحص تأثير العلاجات المختلفة لتمكين العلاجات الجديدة".
التصنيع الدقيق للهوائيات
تبدأ العملية بركيزة زجاجية مغطاة بمواد موصلة وعازلة، تليها حفر ثقوب نانوية باستخدام شعاع أيوني مركّز. ويتم غمر الشريحة في محلول يحتوي على كتل البناء الأولية للبوليمر، ومن خلال تطبيق تيار كهربائي على المحلول، يتم جذب هذه المادة الأولية إلى الثقوب الصغيرة على الشريحة، وتنمو هوائيات على شكل عيش الغراب من الأسفل إلى الأعلى، وتسمح هذه الطريقة للفريق بتصنيع ملايين الهوائيات على شريحة واحدة، قابلة للتطوير للدراسات الأكبر.
والهوائيات، التي يبلغ عرضها ميكرومتر واحد فقط، تقدم حساسية استثنائية، حيث تكتشف إشارات منخفضة تصل إلى 2.5 ميلي فولت، وهي أقل بكثير من الإشارات النموذجية التي تستخدمها الخلايا العصبية التي تبلغ 100 ميلي فولت للتواصل.
و يمكن للأجهزة أيضاً التقاط التغيرات السريعة، والاستجابة في غضون مللي ثانية للتقلبات الكهربائية.
ومن خلال القضاء على الحاجة إلى الأسلاك والمكبرات، يعمل الابتكار على تبسيط الدراسات الخلوية، مما يوفر تقدماً محتملاً في تشخيص حالات مثل عدم انتظام ضربات القلب ومرض الزهايمر وتمكين علاجات أكثر استهدافاً.
و تعتبر الإشارات الكهربائية أساسية للاتصال الخلوي، إلا أن الطرق التقليدية لقياسها مرهقة ومحدودة النطاق، وفق "إنترستينغ إنجينيرينغ".
و قالت ديبلينا ساركار، المؤلفة الرئيسية للدراسة: "الكهرباء الحيوية أساسية لعمل الخلايا والعمليات الحيوية المختلفة، وكان تسجيل مثل هذه الإشارات الكهربائية بدقة أمراً صعباً، وتتمكن هوائيات التشتت الكهربائي العضوي (OCEANs) التي طورناها من تسجيل الإشارات الكهربائية لاسلكيًا بدقة مكانية ميكرومترية من آلاف مواقع التسجيل في وقت واحد، يمكن أن يخلق هذا فرصاً غير مسبوقة لفهم البيولوجيا الأساسية والإشارات المتغيرة في الحالات المرضية بالإضافة إلى فحص تأثير العلاجات المختلفة لتمكين العلاجات الجديدة".
التصنيع الدقيق للهوائيات
تبدأ العملية بركيزة زجاجية مغطاة بمواد موصلة وعازلة، تليها حفر ثقوب نانوية باستخدام شعاع أيوني مركّز. ويتم غمر الشريحة في محلول يحتوي على كتل البناء الأولية للبوليمر، ومن خلال تطبيق تيار كهربائي على المحلول، يتم جذب هذه المادة الأولية إلى الثقوب الصغيرة على الشريحة، وتنمو هوائيات على شكل عيش الغراب من الأسفل إلى الأعلى، وتسمح هذه الطريقة للفريق بتصنيع ملايين الهوائيات على شريحة واحدة، قابلة للتطوير للدراسات الأكبر.
والهوائيات، التي يبلغ عرضها ميكرومتر واحد فقط، تقدم حساسية استثنائية، حيث تكتشف إشارات منخفضة تصل إلى 2.5 ميلي فولت، وهي أقل بكثير من الإشارات النموذجية التي تستخدمها الخلايا العصبية التي تبلغ 100 ميلي فولت للتواصل.
و يمكن للأجهزة أيضاً التقاط التغيرات السريعة، والاستجابة في غضون مللي ثانية للتقلبات الكهربائية.
