نانوحباب هایی که تشخیص پزشکی را متحول می کنند!
پژوهشگران استرالیایی در بررسی جدید خود، کارآیی نانوحباب ها را در بهبود کارآیی دستگاههای تشخیص پزشکی نشان داده اند.
به گزارش نهایت علم به نقل از ایسنا و به نقل از نانومگزین، پژوهشگران موسسه نانو و دانشکده شیمی "دانشگاه سیدنی"(University of Sydney) نشان داده اند که نانوحباب های کوچک گاز در شرایط غیرمنتظره ای روی سطح شکل می گیرند و متد جدیدی را برای کاهش نیروی کششی دستگاههای کوچک مقیاس عرضه می کنند.
کشش مایع درون میکرودستگاه ها می تواند به رسوب داخلی منجر شود که انباشته شدن ناخواسته مواد بیولوژیکی است یا به علت فشار بالا، به نمونه های بیولوژیکی مانند سلول ها صدمه برساند. بنابراین، این کشف جدید می تواند راه را برای توسعه دستگاههای تشخیص پزشکی بهتری مانند دستگاههای آزمایشگاهی روی تراشه که تجزیه و تحلیل DNA را انجام می دهند یا برای تشخیص عوامل بیماری زا به کار می روند، هموار کند.
پروفسور "چیاران نتو"(Chiara Neto)، سرپرست این پروژه و گروهش، پوشش های چروک دار نانومهندسی شده ای را ابداع کردند که در مقایسه با سطوح جامد صاف، کشش را تا ۳۸ درصد کم می کنند. زمانی که یک روان کننده به پوشش های لغزنده تزریق می شود، پوشش در مقابل رسوب زیستی هم بسیار مقاوم می گردد.
پژوهشگران با استفاده از "میکروسکوپ نیروی اتمی"(AFM) که یک میکروسکوپ روبشی با وضوح بسیار بالا است، دریافتند مایعاتی که از کانال های ریزساختاربندی شده عبور می کنند، به علت تشکیل خود به خود نانوحباب ها می توانند با اصطکاک کمتری بلغزند. این پدیده پیش از این هیچگاه شرح داده نشده بود.
کاربردهای پزشکی احتمالی
خیلی از ابزارهای تشخیصی پزشکی، بر تجزیه و تحلیل کوچک مقیاس مقادیر کمی از مواد بیولوژیکی و سایر مواد مایع متکی هستند. این دستگاههای میکروسیال، از ریزکانال ها و ریزراکتورها استفاده می نمایند که در آنها واکنش هایی که معمولاً در مقیاس بزرگ در آزمایشگاه های شیمی انجام می شوند، در مقیاس کوچک انجام می گیرند.
تجزیه و تحلیل حجم بسیار کمتری از مواد، تشخیص زودهنگام تر و کارآمدتر را امکان پذیر می کند. با این حال، مشکل دستگاههای میکروسیال این است که جریان سیال به صورت قابل ملاحظه ای در اثر اصطکاک مایع با دیواره های جامد کانال ها کاسته می شود و یک کشش هیدرودینامیکی بزرگ بوجود می آورد. دستگاه ها برای غلبه بر این موضوع، فشار زیادی را برای هدایت جریان اعمال می کنند.
فشار بالای داخل این دستگاه ها به نوبه خود نه تنها کارآمد نیست، بلکه می تواند به نمونه های ظریف دستگاه مانند سلول ها و سایر مواد نرم صدمه برساند. علاوه بر این، دیواره های جامد به سادگی توسط مولکول ها یا باکتری های بیولوژیکی آلوده می شوند که تخریب فوری از راه رسوب زیستی را به دنبال دارد.
یک چاره برای هر دو مشکل، استفاده از سطوحی است که در آنها منافذ نانومقیاس، مقادیر کمی از یک روان کننده را به دام می اندازند و یک رابط مایع لغزنده را می سازند که کشش هیدرودینامیکی را می کاهد و از رسوب زیستی سطح جلوگیری می کند.
سطوحی که مایع به آنها تزریق شده است، دیواره جامد را با دیواره مایع جایگزین می کنند و اجازه می دهند تا مایع دوم با اصطکاک کمتری جریان یابد و به فشار کمتری نیاز داشته باشد. با این حال، مکانیسم عملکرد این سطوح به درستی درک نشده است چونکه کاهش اصطکاک این سطوح، ۵۰ برابر بیشتر از آن چیزی گزارش شده است که انتظار می رود.
نانوحباب ها
پروفسور نتو و گروهش با توسعه پوشش های چروک دار نانومهندسی شده که کشش را تا ۳۸ درصد کم می کنند، توضیح داده اند که این دیواره ها چگونه روی دستگاههای میکروسیال تشکیل می شوند.
این گروه پژوهشی با انجام دادن اندازه گیری های میکروسیال نشان دادند که سطوح لغزنده جدید نسبت به سطوح جامد، کشش را تا اندازه ای کم می کنند که معمولاً تنها در صورتی انتظار می رود که به جای روان کننده چسبناک، هوا به سطح تزریق شود. از آنجائیکه پژوهشگران از کاهش کشش راضی نبودند، برای عرضه مکانیسمی تلاش کردند که سبب لغزش سطوح می شود.
پژوهشگران این کار را با اسکن سطوح زیر آب و با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی انجام دادند. آنها توانستند از تشکیل خود به خود نانوحباب هایی که تنها ۱۰۰ نانومتر ارتفاع دارند، تصویربرداری کنند. حضور آنها از نظر کمی می تواند لغزش قابل توجه مشاهده شده در جریان میکروسیال را توضیح دهد.
نتو اضافه کرد: هدف ما این است که مکانیسم اساسی کار این سطوح را درک نماییم و کاربرد آنها را بخصوص برای بهره وری انرژی افزایش دهیم. حالا که می دانیم چرا این سطوح لغزنده هستند و کشش را کم می کنند، می توانیم آنها را به صورت ویژه ای طراحی نماییم تا انرژی مورد نیاز برای هدایت جریان در هندسه های محدود و کاهش رسوب را به حداقل برسانیم.
این پژوهش، در مجله "Nature Communications" به چاپ رسید.
منبع: نهایت علم
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب