علمی، پژوهشی و فناوری

پیشرفت تصویربرداری زیست پزشکی: نانوجزیره نقره سیگنال ها را 10000000 برابر تقویت می کند

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : زیست شناسان امروزی می توانند ساختارهای پیچیده درون سلول های زنده را با ابزارهایی بسیار فراتر از میکروسکوپ نوری سنتی کشف کنند. تکنیک هایی مانند فلورسانس و طیف سنجی رامان برای نظارت بر فرآیندهای بیولوژیکی به صورت غیر تهاجمی ضروری هستند.

این روش‌ها از یک منبع نور – معمولاً لیزر – برای تحریک انتقال الکترونیکی در فلورسانس یا ارتعاشات مولکولی در طیف‌سنجی رامان استفاده می‌کنند.

چالش‌ها در روش‌های طیف‌سنجی فعلی

علیرغم مفید بودن، این تکنیک ها با چالش هایی همراه هستند. برچسب های فلورسنت می توانند با عملکرد طبیعی سلول تداخل داشته باشند و سیگنال های رامان اغلب بسیار ضعیف هستند. افزایش قدرت لیزر یا زمان قرار گرفتن در معرض برای تقویت سیگنال می تواند به مولکول های بیولوژیکی حساس آسیب برساند.

برای غلبه بر این مسئله، محققان نسخه‌های پیشرفته‌شده این روش‌ها را با استفاده از بسترهای فلزی یا نانوساختارها برای تقویت سیگنال توسعه داده‌اند. با این حال، این پیشرفت ها همچنین می توانند خطراتی را برای یکپارچگی سلول ایجاد کنند.

پیشرفت در افزایش سیگنال

اکنون، در مطالعه‌ای که در 28 اکتبر در مجله Light: Science & Applications منتشر شد ، دانشمندان دانشگاه اوزاکا روش جدیدی را برای افزایش برد بلند سیگنال‌های فلورسانس و رامان با استفاده از یک آرایه تصادفی متراکم از نانوجزایر Ag توصیف کردند.

مولکول های آنالیت با استفاده از یک لایه سیلیسی با ساختار ستونی به ضخامت 100 نانومتر جدا از ساختارهای فلزی نگهداری می شوند. این لایه به اندازه کافی ضخیم است تا از مولکول های مورد مطالعه محافظت کند، اما در عین حال به اندازه کافی نازک است تا نوسانات الکترومغناطیسی جمعی در لایه فلزی به نام پلاسمون، سیگنال طیف سنجی را تقویت کند.

تاکئو مینامیکاوا، نویسنده اصلی این مقاله می‌گوید: «ما نشان دادیم که دامنه تأثیر پلاسمون‌ها در فلزات می‌تواند از 100 نانومتر فراتر رود، که بسیار فراتر از آن چیزی است که تئوری مرسوم پیش‌بینی می‌کرد.

مفاهیم برای فناوری حسگر زیستی

محققان نشان دادند که استفاده از این بسترهای حسگر زیست سازگار می تواند سیگنال را ده میلیون برابر شگفت انگیز افزایش دهد. علاوه بر این، از آنجایی که نانوساختارهای فلزی هرگز در تماس مستقیم با مولکول‌های مورد مطالعه قرار نمی‌گیرند، برای سیستم‌های بیولوژیکی که ممکن است با روش‌های مرسوم آسیب ببینند، ایده‌آل هستند.

میتسو کاوازاکی، نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «پایداری شیمیایی و استحکام مکانیکی زیرلایه‌های ما، آن‌ها را برای طیف وسیعی از کاربردها، از جمله تشخیص آلاینده‌های محیطی یا تشخیص پزشکی، مناسب می‌سازد».

علاوه بر این، بسترهای حسگر را می توان به سرعت و در مقیاس های بزرگ با استفاده از تکنیک ساخت لایه نازک به نام کندوپاش تولید کرد. در نتیجه، دستگاه‌های حسگر زیستی جدید زمانی که در محیط‌های صنعتی و بهداشتی مستقر شوند، مقرون به صرفه‌تر هستند.