ابداع حسگری جدید با الهام از چشم پروانه برای دیدن سلول‌های سرطانی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از پایگاه اطلاع رسانی «فیز»، مخلوقات زیادی در سیاره زمین وجود دارند که حس‌های پیشرفته‌تری نسبت به انسان دارند. لاک‌پشت‌ها قادر به حس کردن میدان مغناطیسی زمین هستند. میگوی مانتیس (Mantis shrimp) قادر به حس کردن نور قطبی است. فیل‌ها می‌توانند فرکانس‌های بسیار پایین‌تری را نسبت به انسان ها بشنوند و پروانه‌ها نیز می‌توانند گستره وسیع‌تری از جمله نور فرابنفش (UV) را ببینند.

یک گروه از محققان با الهام از سیستم بصری پروانه دم چلچله‌ای ( Papilio Xuthus)‌ یک حسگر تصویربرداری ابداع کرده‌اند که قادر به «دیدن» در درون طیف فرابنفش است که این طیف برای چشم انسان غیرقابل دسترس و نامرئی است.

در طراحی این حسگر از لایه‌های دیودهای نوری (photodiodes) و نانوکریستال‌های پروسکایت (PNCs) استفاده شده که قابلیت تصویربرداری از طول‌موج های مختلف در طیف فرابنفش را دارند.

این فناوری جدید تصویربرداری با استفاده از نشان‌های ویژه طیفی نشانگرهای پزشکی زیستی (بیومدیکال) از قبیل آمینواسیدها، حتی قادر است بین سلول‌های سرطانی و سلول های طبیعی با اطمینان ۹۹ درصدی تمایز ایجاد کند. این تحقیقات جدید با هدایت «ویکتور گروئف» استاد مهندسی برق و رایانه و «شومینگ نای» استاد مهندسی زیستی در دانشگاه «ایلینویز» انجام شده و نتایج آن به تازگی در نشریه «پیشرفت‌های علم» منتشر شده است.

گروئف گفت: ما از سیستم بصری پروانه‌ها الهام گرفتیم که قادر به دیدن محدوده‌های مختلف در طیف فرابنفش هستند و دوربینی طراحی کردیم که این عملکرد را تقلید می‌کند. وی افزود: ما این کار را با استفاده از نانوکریستال های جدید پروسکایت در ترکیب با فناوری تصویربرداری سیلیکونی انجام دادیم و این فناوری جدید دوربین می‌تواند محدوده‌های متعدد در طیف فرابنفش را ردیابی کند.

نور فرابنفش اشعه‌ای الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه‌تر از طول موج نور مرئی (اما طولانی‌تر از اشعه ایکس) است. ما با اشعه فرابنفش بیشتر از طریق نور خورشید و خطرات ناشی از آن برای سلامتی انسان آشنا هستیم. نور فرابنفش در سه محدوده مختلف UVA ، UVB و UVC بر اساس طول موج تقسیم بندی می‌شود. به این علت که انسان قادر به دیدن نور فرابنفش نیست، کسب کردن اطلاعات فرابنفش دشوار است.

این در حالی است که پروانه‌ها قادر به دیدن این تفاوت‌های کوچک در طیف فرابنفش هستند. انسان ها دید بصری «تری‌کروماتیک» با سه دریافت‌کننده نور دارند بطوری که هر رنگ مشاهده شده می تواند از ترکیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی ساخته شود. اما پروانه‌ها چشم های مرکب با شش (یا بیشتر) نوع دریافت‌کننده نور با حساسیت‌های طیفی متمایز دارند که به آنها اجازه می دهد تا گستره وسیع‌تری از رنگ‌ها و جزئیات را در محیط ببینند.

حسگرهای جدید ساخته شده از دیودهای نوری و نانوکریستال های پروسکایت می‌توانند کاربردهایی در بخش درمانی و فراتر از آن داشته باشند. نشانگرهای بیومدیکال موجود در بافت‌های سرطانی زمانی که با نور فرابنفش تحریک می شوند نورانی شده و در طیف فرابنفش و بخشی از طیف مرئی، شب‌نما می‌شوند.

به گفته «نای»، اکنون با این فناوری جدید می توانیم نور فرابنفش را با حساسیت بالایی تصویربرداری کنیم و همچنین می توانیم تفاوت‌های کوچک در طول موج را از یکدیگر متمایز کنیم. این محققان دستگاه تصویربرداری خود را در مورد توانایی آن برای تمایز قائل شدن بین نشانگرهای مرتبط با سرطان مورد ارزیابی قرار داد و مشخص کرد که این دستگاه قادر به تمایز بین سلول های سرطانی و سالم با اطمینان ۹۹ درصدی است.

این محققان پیش بینی می کنند که قادر به استفاده از این حسگر در جریان عمل جراحی باشند. یکی از بزرگترین چالش ها در درمان سرطان دانستن این مساله است که چه مقداری از بافت باید برداشته شود و چنین حسگری می‌تواند تصمیم‌گیری را برای جراح تسهیل کند.

همچنین علاوه بر پروانه‌ها، گونه‌های مختلف دیگری از جانوران نیز قادر به دیدن در طیف فرابنفش هستند و داشتن راهی برای دیدن این نور، فرصت‌های جالبی برای زیست‌شناسان به منظور افزایش آگاهی درباره این گونه‌ها فراهم خواهد کرد. استفاده از این حسگر در زیر آب نیز می‌تواند به شناخت بیشتر محیط‌های آبی کمک کند. هر چند بخش زیادی از فرابنفش توسط آب جذب می شود اما هنوز مقدار کافی باقی می ماند که تاثیری داشته باشد و بسیاری از جانداران ساکن در زیر آب نیز نور فرابنفش را می‌بینند و از آن استفاده می کنند.