بیم الهام گرفته از جنگ ستارگان MIT با استفاده از نور برای گرفتن و دستکاری سلول‌ها
دانشمندان یک چیپ کوچک ساخته‌اند که می‌تواند سلول‌ها و ذرات را دستکاری کند. دانشمندان MIT این دستگاه کوچک مبتنی بر چیپ را که شبیه به 'بیم کشنده' در جنگ ستارگان است، توسعه داده‌اند.
این دستگاه می‌تواند برای مطالعه DNA، شناسایی انواع مختلف سلول‌ها و بررسی علل اساسی بیماری‌ها استفاده شود.
مبتنی بر چیپ فوتونیک سیلیکون
تراپ‌های نوری و انبرک‌ها از پرتوهای نوری متمرکز برای گرفتن و جابجایی ذرات زیستی کوچک، مانند سلول‌ها یا مولکول‌های DNA، استفاده می‌کنند.
نور شدید در مرکز پرتو ذرات را جذب می‌کند، در حالی که هدایت پرتو به محققان امکان کنترل حرکت و موقعیت ذرات کوچک را می‌دهد.
با این حال، انبرک‌های نوری سنتی به یک سیستم میکروسکوپ بزرگ و آزمایشگاهی و اجزای مختلفی برای تولید و کنترل پرتو نور نیاز دارند که استفاده از آن‌ها در بسیاری از محیط‌ها را دشوار می‌سازد.
این فناوری مبتنی بر چیپ، یک راه‌حل فشرده‌تر، مقرون به صرفه‌تر و همه کاره‌تر ارائه می‌دهد.
جِلنا نوتاروس، استاد توسعه حرفه‌ای روبرت جی. شیلمن در مهندسی برق و علوم رایانه (EECS) گفت: "با فوتونیک سیلیکون، می‌توانیم این سیستم بزرگ و در مقیاس آزمایشگاهی را بر روی یک چیپ یکپارچه کنیم. این راه‌حل بزرگی برای زیست‌شناسان است، زیرا به آن‌ها امکان‌گیری نوری و عملکرد انبرک را بدون نیاز به یک تنظیمات پیچیده و حجیم نوری می‌دهد."
بر خلاف انبرک‌های مبتنی بر چیپ‌های قبلی که فقط می‌توانند ذرات بسیار نزدیک به سطح چیپ را دستکاری کنند، این دستگاه جدید می‌تواند سلول‌ها را از فاصله بسیار بیشتری گرفته و جابجا کند.
این دستگاه کوچک بر مبنای یک چیپ فوتونیک سیلیکون است که یک پرتو نوری تولید می‌کند تا حرکت ذرات را در داخل چند میلی متر به دقت کنترل کند.
جالب اینجاست که پرتو نور می‌تواند از طریق روکش‌های شیشه‌ای که نمونه‌های زیستی را محافظت می‌کند، عبور کند و محیط استریل را برای سلول‌ها تضمین کند.
آرایه فازی نوری یکپارچه (IOPA) برای ایجاد این انبرک‌های نوری یکپارچه استفاده شد که می‌تواند سلول‌ها را در فاصله بسیار بیشتری از سطح چیپ گرفته و دستکاری کند.
نوتاروس اضافه کرد: "این کار امکان‌های جدیدی برای انبرک‌های نوری مبتنی بر چیپ فراهم می‌کند و امکان گرفتن و دستکاری سلول‌ها را در فواصل بسیار بزرگتر از قبل نشان داده شده فراهم می‌سازد."
پیشرفتی مهم برای مطالعه فرآیندهای سلولی
فناوری آرایه فازی نوری یکپارچه از مجموعه‌ای از آنتن‌های کوچک ساخته‌شده روی یک چیپ سیلیکونی استفاده می‌کند. این با تکنیک‌های ساخت نیمه‌هادی تولید شده است.
طبق بیانیه مطبوعاتی، محققان می‌توانند با اصلاح الکترونیکی سیگنال‌های ارسال شده به آنتن‌های منفرد، ویژگی‌های پرتو نور را کنترل کنند.
نوتاروس در بیانیه مطبوعاتی گفت: "هیچ‌کس تا کنون انبرک‌های نوری مبتنی بر فوتونیک سیلیکون برای گرفتن میکروذرات در فاصله‌ای به مقیاس میلی‌متری ایجاد نکرده بود. این یک پیشرفت چندین درجه بزرگتر نسبت به نمایش‌های قبلی است."
محققان ابتدا دستگاه را بر روی کره‌های پلی‌استیرن آزمایش کردند و سپس به گرفتن و انبرک سلول‌های سرطانی پرداختند.
تیم با چالش‌هایی مانند توسعه روش‌های رهگیری نیمه‌خودکار ذرات، تعیین نیروید مناسب تله و پردازش مؤثر داده‌های تجربی مواجه شد.
پس از غلبه بر چالش‌های مختلف، تیم با موفقیت استفاده از انبرک‌های نوری تک‌پرتی برای دستکاری سلول را نشان داد.
این پیشرفت ممکن است به محققان اجازه دهد با سلول‌ها در محیطی طبیعی‌تر کار کنند و آلودگی و استرس را کاهش دهند.
علاوه بر این، کنترل دقیق بر حرکت ذرات برای کاربردهای متنوعی در زیست‌شناسی و پزشکی بسیار مهم است، زیرا به محققان اجازه می‌دهد فرآیندهای سلولی را مطالعه کنند، DNA را تحلیل کرده و ابزارهای تشخیصی و درمانی جدید توسعه دهند.
یافته‌ها در مجله Nature Communications منتشر شدند.
