«مانتیان ژو»(Mantian Xue) از پژوهشگران این پروژه، تراشه را به گونه‌ای تطبیق داد که می‌توان آن را با یک لایه دوتایی از لایه‌های S متبلور مرتبط به گیرنده‌های محلول در آب پوشاند. که یک مولکول از نمونه‌هایی که می‌توانند گیرنده‌های متصل می‌شود، ویژگی‌های الکتریکی گرافین را در هر زمانی تغییر می‌کند که می‌توان به راحتی آن را تعیین کرد و به رایانه یا تلفن همراه هوشمند متصل به تراشه انتقال داد.
این پژوهش، در مجله «Science Advances» به چاپ رسید.
لایه‌های S متبلور می‌توانند روی هر سطحی رسوب کنند. پژوهشگران برای این کاربرد، لایه S را به تراشه‌ای با آرایه‌های ترانزیستوری بر اساس گرافین متصل کردند. ضخامت تک‌ات ترانزیستورهای گرین، آنها را برای توسعه سازهای بسیار حساس ایده‌آل می‌کند.
این گروه پژوهشی در سال ۲۰۱۸، روشی را برای تبدیل پرورش‌های آبگریز به پرورش‌های محلول در آب گزارش کردند. این کار که به تعویض چند آمینواسید آبگریز با آمینواسیدهای آب‌دوست انجام می‌شود، روش «کد QTY» نامیده شد.
یکی از روش‌های کاربردی که مورد بررسی قرار گرفته، ساخت حسگرهایی است که مصرف‌کننده‌های گیرنده‌های موجود در غشای سلولی است که سلول‌ها از آن برای نظارت و واکنش نشان دادن به محیط خود استفاده می‌کنند. ژنوم انسان، هزاران دریافته از این خانواده را رمزگذاری می‌کند. با وجود این، کار کردن با پرورش‌دهنده‌های دریافتی است، زیرا پس از حذف شدن از غشای سلولی، تنها در ساختار تصویری خود را حفظ می‌کنند که مواد پاک‌کننده معلق باشند.
حسگر جدید ابداع شده در دانشگاه «امآیتی» همان مولکول‌هایی را می‌توان شناسایی کرد که سلول‌های سلولی را می‌توان تشخیص داد و شاید غربالگری را برای تشخیص سرطان و سایر بیماری‌ها مانند آلزایمرها امکان‌پذیر ساخت.
پژوهشگران، فناوری حسگر خود را «RESENSA» نامیدند که «آرایه نانو حسگر الکتریکی گیرنده لایه S» است.
زمانی که لایه‌های S متبلور می‌شوند، آرایه‌های تک‌مولکولی منسجم را روی یک سطح تشکیل می‌دهند. اسلیتر پیشتر نشان داد که می‌توان این خریدارها را با دیگرانی مانند آنتی‌بادی‌ها یا آنزیم‌ها انجام داد. پژوهشگران در این پروژه، از لایه‌های S برای ایجاد یک صفحه بسیار متراکم و بی‌حرکت نسخه محلول در آب گیرنده «CXCR4» استفاده کردند. این گیرنده به یک مولکول موسوم به «CXCL12» متصل می‌شود که نقش مهمی در بروز یک بیماری انسانی از جمله سرطان دارد و همچنین، به گلیکوپروتئین پوشش HIV متصل می‌شود که مسئول ورود ویروس به سلول‌های انسانی است.
ژانگ: پژوهشگران دهه‌ها تلاش کرده‌اند از گیرنده‌های حسی استفاده کنند، اما این روش برای استفاده، چالش‌برانگیز است زیرا گیرنده‌ها برای حفظ مواد پاک‌کننده نیاز دارند. مزیت روش ما این است که می‌توانیم دریافت‌ها را به صورت محلول در آب درآوریم و آنها را در مقادیر زیاد و با قیمت ارزان تولید کنیم.
پژوهشگران در این پروژه که فناوری جدیدی را ترکیب می‌کند، نمونه‌ای از حسگر را می‌سازد که می‌تواند یک مولکول ایمنی را به نام «CXCL12» را تا ده‌ها یا صدها قسمت در تشخیص دهد. به گفته محققان، این اولین گام مهم برای توسعه سیستمی است که می‌توان آن را برای انجام سرطان‌های معمول غربالگری‌های غیرقابل تشخیص و تومورهای متاستاتیک یا به‌عنوان بینی الکترونیکی استفاده کرد.
اسلیتر گفت: ما از این سیستم‌های لایه‌های S استفاده می‌کنیم تا به همه مولکول‌های کاربردی امکان‌پذیر شود که به یک آرایه تک‌مولکولی در یک جهت کاملاً مرتبط باشند. این کار مانند مرتب کردن بسیار دقیق مهره‌های گوناگون روی یک صفحه شطرنج است.
بیشتر حسگرهای تشخیصی فعلی، بر پایه آنتی‌بادی‌ها یا آپتامرها ساخته شده‌اند که می‌توانند مولکول مورد نظر را از مایعی مانند خون جذب کنند. با وجود این، هر دو روش با محدودیت‌هایی همراه هستند. آپتامرها به راحتی توسط مایعات بدن تجزیه می‌شوند و می‌شوند و به گونه‌ای که هر دسته یکسان باشد، می‌شود.
ژو گفت: ما گرافین را به عنوان ماده مبدل انتخاب کردیم زیرا دارای ویژگی‌های الکتریکی عالی است و می‌تواند مطمئن‌ها را بهتر منتقل کند. این بالاترین نسبت به حجم را دارد زیرا ورقه‌ای از اتم‌های کربن است. بنابراین، هر تغییری از رویدادهای اتصال روی سطح، مستقیماً به کل مواد منتقل می‌شود.
«پیرو باگلیونی» (Piero Baglioni) استاد «دانشگاه فلورانس» (University of Florence) که در این پژوهش شرکت نداشت، گفت: این سیستم جدید، ترکیبی از زمینه‌های تحقیقاتی مختلف مانند زیست‌شناسی مولکولی و مصنوعی، فیزیک و مهندسی برق است که در این گروه تحقیقاتی به خوبی انجام شد. علاوه بر این، من معتقدم که این پیشرفت می‌تواند در تشخیص بسیاری از بیماری‌ها سودمند باشد.
مدیران گیرنده
به گفته پژوهشگران، این نوع حسگر ممکن است برای بررسی مواد بدن مانند خون، اشک یا بزاق سازگار باشد و بسته به نوع مصرف کننده مورد استفاده قرار گیرد، از نوع متفاوتی استفاده می شود که به طور همزمان بررسی شود.
در ساخت این دستگاه، از غشایی الهام گرفته شده است که همه سلول‌ها را احاطه کرده است. در چنین غشایی، هزاران گیرنده وجود دارد که مولکول‌های موجود در محیط را شناسایی می‌کنند. پژوهشگران برخی از این محصولات را به گونه‌های اصلاح می‌کنند که در بیرون از غشاء زنده بمانند و آنها را در لایه‌های متبلور در بالای مجموعه‌های ترانزیستورهای گرافینی قرار می‌دهند. زمانی که مولکول مورد نظر در یک نمونه شناسایی می‌شود، ترانزیستورها اطلاعات را به رایانه یا تلفن همراه هوشمند منتقل می‌کنند.
به گفته پژوهشگران، به لطف استفاده از کد QTY می‌توان دریافت‌کننده‌های طبیعی موجود را تغییر داد و از آنها برای تولید مجموعه‌های حسگرها در یک تراشه استفاده کرد تا تقریباً هر مولکولی را که سلول‌ها می‌توانند شناسایی کنند، نشان دهند.
انتهای پیام
به گزارش ایسنا و به نقل از امآیتی نیوز، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی دانشگاه «امآیتی» (MIT) با الهام از سیستم‌های حسی طبیعی، حسگر بدن را طراحی کرده است. این حسگر می‌تواند همان مولکول‌هایی باشد که می‌توانند گیرنده‌های سلولی طبیعی را شناسایی کنند.
«شوگوانگ ژانگ»(Shuang Zhang) پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: امید ما این است که دستگاهی ساده بسازیم تا به کاربر کمک آزمایش‌های خانگی را با ویژگی‌ها و تحقیقات بالا انجام دهد. هرچه زودتر سرطان را تشخیص دهید، درمان بهتری انجام شود. بنابراین، تشخیص زودهنگام سرطان، یکی از زمینه‌های مهمی است که ما می‌خواهیم در آن پیشرفت کنیم.
«روی کینگ» (Rui Qing) از محققان این پروژه گفت: ما گیرنده‌های حیاتی را از سیستم‌های بیولوژیکی شناسایی می‌کنیم و آنها را روی یک ارتباط بیوالکترونیکی قرار می‌دهند. این کار به ما امکان می‌دهد تا همه‌ی بیولوژیکی‌ها را جمع‌آوری کنیم و سپس آنها را به خروجی‌های الکتریکی تبدیل کنیم که می‌توان آنها را با ماشین‌های تحلیل و تفسیر کرد.
کینگ گفت: هدف ما این است که فناوری پایه را توسعه دهد تا بتوان یک دستگاه قابل حمل را در آینده ساخت. شاید بتوان چنین دستگاهی را با تلفن‌های همراه و رایانه‌ها ادغام کرد تا آزمایش در خانه انجام شود و به سرعت مشخص شود که آیا باید به پزشک مراجعه کند یا خیر.
تحقیقات و زیست‌تقلیدپذیری
ژانگ و «اووه اسلیتر» (Uwe Sleytr) که همکاران قدیمی هستند، تصمیم گرفتند نسخه‌های محلول در آب‌های گیرنده را با استفاده از گیاهان دارویی که اسلیتر سالها روی آنها مطالعه کرده‌اند، به یک سطح مرتبط تبدیل کنند. این محصولات به عنوان‌های لایه‌های S شناخته می‌شوند، بیرونی‌ترین لایه‌های پوششی سلولی در بسیاری از انواع باکتری‌ها و آرکی‌ها هستند.
تراشه ترانزیستور گرافین را می‌توان با گیرنده‌های لایه S پوشاند که تراکم آنها یک تریلیون گیرنده در سانتی‌متر مربع است. این ویژگی به تراشه امکان می‌دهد تا از حیوانات شخصی ارائه‌شده توسط مراجعان نظر در محدوده بالینی مرتبط برای آنالیزهای مورد استفاده. به گفته پژوهشگران، این تراشه می‌تواند قابل اعتماد باشد حتی در مورد مولکول‌های کمیاب، مانند مولکول‌هایی که می‌توانند در مراحل اولیه سرطان یا شروع بیماری آلزایمر نشان‌دهنده، تضمین کنند.