میکروچیپ‌های انقلابی: تشخیص فوری بیماری از طریق سرفه! 🔬🩺

اهمیت آزمایش‌های تشخیصی خانگی در دنیای امروز

تو این دنیایی که پر از خطرای مختلفِ بهداشتیه، مثل ویروس‌های سریع‌الانتشار، بیماری‌های مزمن و باکتری‌هایی که به دارو مقاوم شدن، نیاز به آزمایش‌های تشخیصی خانگی، سریع، قابل اعتماد و آسون‌تر از قبل، حس میشه. یه آینده رو تصور کنید که این آزمایش‌ها رو میشه هر جایی و توسط هر کسی انجام داد، اونم با یه وسیله‌ی کوچیک و جمع‌وجور مثل ساعت هوشمند. برای رسیدن به این هدف، ما به میکروچیپ‌هایی احتیاج داریم که بتونن حتی کمترین میزان ویروس یا باکتری رو توی هوا تشخیص بدن.

تحقیقات تازه در مورد میکروچیپ‌ها

تحقیقات جدیدی که توسط دانشمندان دانشگاه NYU Tandon انجام شده، از جمله پروفسور داوود شهرجردی، استاد مهندسی برق و کامپیوتر، پروفسور الیسا ریدو، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی، و جوزپه د پپو، استاد همکار مهندسی شیمی و بیومولکولی که قبلاً توی شرکت Mirimus کار می‌کردن، نشون میده که امکان ساخت و توسعه‌ی میکروچیپ‌هایی وجود داره که نه تنها میتونن چندتا بیماری رو از روی یه سرفه یا نمونه هوا تشخیص بدن، بلکه میشه اونا رو به مقدار زیاد تولید کرد.

پروفسور ریدو میگه: “این تحقیق، یه دید جدیدی رو تو زمینه‌ی بیوسنسینگ باز میکنه. میکروچیپ‌ها، که اساس کار گوشی‌های هوشمند، کامپیوترها و بقیه‌ی وسایل هوشمند هستن، روش ارتباط، سرگرمی و کار مردم رو عوض کردن. الان هم، فناوریِ ما به میکروچیپ‌ها این امکان رو میده که مراقبت‌های بهداشتی رو، از تشخیص بیماری‌ها تا سلامت محیط، متحول کنن.”

شهرجردی اضافه میکنه: “فناوری نوینی که تو این مقاله معرفی شده، از ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs) استفاده میکنه – اینا حسگرهای الکترونیکی کوچیکی هستن که مستقیماً نشانگرهای بیولوژیکی رو شناسایی میکنن و اونا رو به سیگنال‌های دیجیتالی تبدیل میکنن – و یه جایگزین برای آزمایش‌های شیمیایی سنتی با رنگ، مثل تست‌های بارداری خانگی، فراهم میکنن.”

شهرجردی، که مدیر یه مرکز پیشرفته به اسم اتاق تمیز نانو ساخت NYU هم هست، و بعضی از چیپ‌های مورد استفاده تو این تحقیق اونجا ساخته شدن، ادامه میده: “این روش پیشرفته، امکان گرفتن نتایج سریع‌تر، آزمایش همزمان چند بیماری و انتقال فوری اطلاعات به پزشک‌ها رو فراهم میکنه.”

پیشرفت‌های جدید تو بیوسنسورها

ترانزیستورهای اثر میدانی که جزو جدایی‌ناپذیر الکترونیک مدرن هستن، به عنوان ابزارهای قوی تو این جستجو برای پیدا کردن وسایل تشخیصی ظاهر شدن. این دستگاه‌های کوچیک رو میشه طوری تنظیم کرد که مثل بیوسنسور عمل کنن و پاتوژن‌ها یا نشانگرهای خاص رو فوراً تشخیص بدن، بدون اینکه به برچسب‌های شیمیایی یا روش‌های آزمایشگاهی طولانی نیاز باشه. با تبدیل کردن تعاملات بیولوژیکی به سیگنال‌های الکتریکی قابل اندازه‌گیری، بیوسنسورهای مبتنی بر FET یه پلتفرم سریع و کاربردی برای تشخیص بیماری‌ها ارائه میدن.

پیشرفت‌های اخیر، توانایی تشخیص بیوسنسورهای FET رو به سطوح خیلی کوچیک – تا غلظت‌های فِمْتومولار، یا یه کوادریلیونم مول – افزایش داده، اونم با استفاده از مواد نانومقیاس مثل نانووایرها، اکسید ایندیم و گرافن. با این حال، با وجود این پتانسیل، حسگرهای مبتنی بر FET هنوز مشکلات زیادی دارن: اونا تو شناسایی همزمان چندتا پاتوژن یا نشانگر تو یه چیپ، مشکل دارن.

روش‌های فعلی برای سفارشی‌سازی این سنسورها، مثل ریختن بیورسپتورها، مثلاً آنتی‌بادی‌ها، روی سطح FET، دقت و مقیاس‌پذیری لازم برای انجام کارهای تشخیصی پیچیده‌تر رو ندارن.

تحقیقات جدید در مورد حسگرهای بیولوژیکی

برای حل این مشکل، محققان دارن روش‌های جدیدی رو بررسی می‌کنن تا سطح ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) رو تغییر بدن، به طوری که هر ترانزیستور روی یه چیپ بتونه برای شناسایی نشانگرهای زیستی مختلف تنظیم بشه. این کار باعث میشه که امکان شناسایی همزمان چندتا پاتوژن فراهم بشه. تو این راستا، لیتوگرافی پروب حرارتی (tSPL) به عنوان یه فناوری نوآورانه مطرح شده که ممکنه کلید حل این مشکلات باشه.

این تکنیک، امکان الگوبرداری شیمیایی دقیق یه چیپ پوشش‌داده‌شده با پلیمر رو فراهم میکنه و باعث میشه که FETهای جداگونه با بیورسپتورهای مختلف، مثل آنتی‌بادی‌ها یا آپتامرها، فعال‌سازی بشن، اونم با دقت‌هایی تا ۲۰ نانومتر. این دقت با اندازه‌ی کوچیک ترانزیستورها تو چیپ‌های نیمه‌هادی پیشرفته‌ی امروزی برابره. با اجازه دادن به تغییرات خیلی انتخابی تو هر ترانزیستور، این روش درهای توسعه‌ی حسگرهای مبتنی بر FET رو باز میکنه که میتونن انواع مختلفی از پاتوژن‌ها رو رو یه چیپ با حساسیت بی‌نظیر شناسایی کنن.

ریدو، که تو توسعه و گسترش فناوری tSPL نقش مهمی داشته، استفاده از این فناوری رو یه دلیل دیگه برای نوآوری‌های این تکنیکِ نانو تو کاربردهای عملی میدونه. اون میگه: “tSPL، که الان به عنوان یه فناوری لیتوگرافی تجاری در دسترس هست، کلید فعال‌سازی هر FET با بیورسپتورهای مختلف برای رسیدن به چندگانه‌سازی هست.”

تو آزمایش‌ها، حسگرهای FET که با استفاده از tSPL فعال‌سازی شدن، عملکرد قابل توجهی نشون دادن و تونستن غلظت‌های خیلی کم ۳ آتومول (aM) از پروتئین‌های نوک SARS-CoV-2 و همچنین فقط ۱۰ ذره ویروس زنده رو تو هر میلی‌لیتر شناسایی کنن، در حالی که انواع مختلف ویروس‌ها، از جمله آنفولانزای A رو هم به طور موثر تشخیص میدن. توانایی شناسایی مطمئن این مقادیر کم پاتوژن‌ها با دقت بالا، یه قدم مهم به سمت ساخت دستگاه‌های تشخیصی قابل حمل هست که ممکنه یه روزی تو محیط‌های مختلف، از بیمارستان‌ها تا خونه‌ها، استفاده بشن.

این تحقیق، الان توسط انجمن سلطنتی شیمی تو نشریه‌ی Nanoscale منتشر شده و با حمایت شرکت بیوتکنولوژی Mirimus که تو بروکلین قرار داره و شرکت چندملیتی ساخت‌وساز و املاک LendLease که تو استرالیاست، انجام شده. اونا دارن با تیم NYU Tandon همکاری میکنن تا دستگاه‌های پوشیدنی و خانگی تشخیص بیماری رو توسعه بدن.

پرِم پرمسریوت، رئیس و مدیرعامل Mirimus میگه: “این تحقیق قدرت همکاری بین صنعت و دانشگاه رو نشون میده و اینکه چطور میتونه چهره‌ی پزشکی مدرن رو تغییر بده.” اون همچنین اضافه کرد: “محققان NYU Tandon دارن کارهایی رو انجام میدن که نقش مهمی تو آینده‌ی تشخیص بیماری‌ها دارن.”

آلبرتو سانجیوانی وینچنتلی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که تو این پروژه همکاری داره، میگه: “شرکت‌هایی مثل LendLease و بقیه‌ی توسعه‌دهنده‌هایی که تو نوسازی شهری دخیل هستن، دارن دنبال راه‌حل‌های نوآورانه‌ای مثل این هستن تا تهدیدات بیولوژیکی رو تو ساختمون‌ها حس کنن.” اون همچنین اضافه کرد: “اقدامات دفاعی بیولوژیکی مثل این، یه لایه‌ی زیرساختیِ جدید برای ساختمون‌های آینده خواهد بود.”

با ادامه‌ی پیشرفت تو تولید نیمه‌هادی‌ها و جا دادن میلیاردها FET تو مقیاس نانو روی میکروچیپ‌ها، امکان استفاده از این چیپ‌ها تو کاربردهای بیوسنسینگ، داره روز به روز بیشتر محقق میشه. یه روش جهانی و مقیاس‌پذیر برای فعال‌سازی سطوح FET با دقت نانو، میتونه منجر به ساخت ابزارهای تشخیصی پیشرفته بشه که قادر باشن چندتا بیماری رو تو زمان واقعی و با سرعتی تشخیص بدن که بتونه پزشکی مدرن رو متحول کنه.

“`