به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ این میکروربات‌ها به گیره‌هایی در مقیاس نانو تجهیزند که به آنها فرصت جدیدی را برای تصویربرداری و دستکاری سلول‌های منفرد را می‌دهد.

این ربات‌های نانومقیاس می‌توانند سلول‌های منفرد را که ۳۰ تا ۴۰ میکرومتر از خودشان بزرگ‌تر هستند، بگیرند، حرکت دهند و بچرخانند. دقتی که این میکروربات‌ها برای تصویربرداری از سلول‌های منفرد ارائه می‌دهند و توانایی آنها در دستکاری برهم‌کنش‌های بین‌شان، توانایی محققان را برای پاسخ به سوالات اساسی افزایش می‌دهد.

لوراند کلمن (Lóránd Kelemen)، بیوفیزیکدان در موسسه بیوفیزیک Szeged در مجارستان، با همکاران خود در مجارستان و اسلواکی برای ایجاد طیف وسیعی از ابزارهای میکرورباتیک که در ترکیب با موچین‌های نوری کار می‌کنند، تحقیق کرد. موچین نوری تکنیکی است که چندین دهه قدمت دارد و به دانشمندان امکان می‌دهد با کمک اشعه‌های لیزر اجسام میکروسکوپی را به دام بیندازند.

کلمن توضیح می‌دهد: اگر یک جسم کوچک در کانون پرتو قرار گیرد، پرتو توسط جسم شکسته می‌شود و جهت آن تغییر می‌کند. با توجه به فیزیک نور، تغییر جهت به معنای تغییر در تکانه نور نیز هست.

وی می‌افزاید: البته تغییر تکانه به این معناست که نیرویی بر پرتو وارد شده که باعث این تغییر شده است و از آنجایی که این جسم کوچک است که پرتو را شکسته است، جسم کوچک به پرتو نیرو وارد کرده است. برای هر عمل یک واکنش برابر و مخالف وجود دارد، به این معنی که پرتوی نور نیرویی را به جسم کوچک وارد می‌کند و آن را در جای خود نگه می‌دارد.

موچین‌های نوری جدید

استفاده از موچین‌های نوری به تنهایی برای مطالعه سلول‌های منفرد کامل نیست، زیرا به دام انداختن خود سلول در پرتو گرم می‌شود و به برخی از ماشین‌های سلولی آسیب می‌رساند. پایداری و نیروی ایجاد شده توسط موچین نیز به دلیل اندازه و شکل سلول نسبت به خود پرتو و آبی که در آن معلق است، ضعیف است.

در گذشته دانشمندان برای رفع این مشکل، ریزدانه‌ها یا ساختارهای کوچکی را به سلول‌ها می‌چسباندند که مانند دسته‌هایی عمل می‌کنند که موچین نوری می‌تواند روی آن نگه دارد. متأسفانه، اینها به سلول آسیب می‌رسانند و پس از اضافه شدن، قابل حذف نیستند.

کلمن توضیح می‌دهد: این فرآیند شبیه به استفاده از یک نوار چسب برای نصب یک توپ پنبه‌ای به کاردک است. می‌توانید کاردک را بگیرید تا توپ را بدون فشار دادن به اطراف حرکت دهید، اما وقتی می‌خواهید آن را بردارید، توپ را پاره می‌کنید.

در ویدئوی زیر مشاهده می‌کنید که میکروربات‌ها سلول‌ها را در یک «بوسه» به هم نزدیک می‌کنند تا واکنش‌های آنها را مطالعه کنند:

اغلب، این اتصالات همچنین به تغییراتی در محیط سلول نیاز دارند، مانند pH یا افزودن سایر مواد شیمیایی برای تکمیل پیوند. میکروابزارهای جدید توسعه یافته در مطالعه کنونی از این امر جلوگیری می‌کنند و به اندازه کافی کوچک و انعطاف‌پذیر هستند تا به آرامی سلول‌ها را در حالی بگیرند که خود توسط پرتو موچین نوری گرفته می‌شوند.

میکروربات‌ها برای ساختن به مجموعه دیگری از لیزر نیاز داشتند. فرآیندی به نام پلیمریزاسیون ۲ فوتونی از نور برای پلیمریزه کردن یا سخت شدن یک پلیمر فقط در جایی استفاده می‌کند که نور با مواد تماس پیدا کند.

کلمن می‌گوید: ما نور را تا کسری از میکرومتر متمرکز می‌کنیم و پلیمر فقط در آن نقطه کوچک سخت می‌شود. این امر به محققان امکان می‌دهد ابزارها را دقیقاً در اندازه نانومتر بسازند.

میکروربات‌ها در آزمایش‌ها سرافراز بودند

کلمن توضیح می‌دهد: چالش این بود که ابزارها به اندازه کافی نازک و منعطف شوند تا سلول‌ها را در دست بگیرند در حالی که توسط خود پرتو گرفته می‌شوند. ما باید بسیار دقیق عمل می‌کردیم، زیرا اگر یک عنصر الاستیک در ریزساختار ما ۴۰۰ نانومتر ضخامت داشته باشد، می‌توان آن را فقط با موچین نوری خم کرد، اما اگر ضخامت آن ۶۰۰ نانومتر باشد، نمی‌تواند.

در آزمایش‌ها، این تیم تحقیقاتی نشان داد که می‌توان از پرتوهای موچین نوری برای تغییر شکل بخشی از میکروربات‌ها استفاده کرد و برای مثال، آنها را برای گرفتن سلول باز کرد. در این صورت، خاصیت ارتجاعی میکروربات سلول را در جای خود نگه می‌دارد و پرتو را آزاد می‌کند تا قسمت سفت‌تری از ابزار را به دام بیاندازد و آن را دستکاری کند.

این تیم سه ابزار طراحی کردند که به محققان اجازه می‌داد سلول‌های منفرد را از یک مکان به مکان دیگر منتقل کنند، دقیقاً یک سلول را برای تصویربرداری میکروسکوپی بچرخانند، یا ۲ سلول را بگیرند و آنها را به هم فشار دهند تا واکنش‌هایشان را مطالعه کنند.

به گفته کلمن، این یک روند توسعه طولانی بود و شگفتی‌های زیادی در راه بود. با این حال، ابزارها همانطور که در نظر گرفته شده است کار می‌کنند و روشی غیر مخرب برای دستکاری و تصویربرداری از سلول‌های منفرد در یک محیط طبیعی ارائه می‌دهند.

از آنجایی که موچین‌های نوری هنوز تخصصی هستند، کلمن انتظار ندارد که هر آزمایشگاهی ظرفیت استفاده از میکروابزارهای جدید خود را داشته باشد، اما آنهایی که این تجهیزات را دارند می‌توانند برای کارهای جدید اصلاح و بهینه کنند.

کلمن می‌گوید: گاهی اوقات میله‌های الاستیک باید بلندتر یا یک بخش ساختاری کمی کوتاه‌تر باشند یا در زاویه متفاوتی قرار گیرند. اکنون، با طرح اولیه آنها و در دسترس بودن روزافزون سیستم‌های پلیمریزاسیون ۲ فوتونی، آزمایشگاه‌هایی که توانایی خرید آنها را دارند، اصولاً می‌توانند چنین ساختارهایی را تولید کنند.

انتهای پیام/