ساخت تراشه‌ای برای تشخیص همزمان ترکیب مواد با غلظت‌های متفاوت

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، محققان پیشرفت‌های قابل توجهی را در مسیر ساخت دستگاه‌های حسگری مبتنی بر تراشه به دست آورده‌اند، دستگاه‌هایی که برای تشخیص یا تجزیه و تحلیل مواد استفاده می‌شود. این دستاورد‌ها زمینه را برای دستگاه‌های حسگری اپتوفلوئیدی یکپارچه بسیار حساس و قابل حمل باز می‌کند، که می‌تواند برای انجام انواع مختلف آزمایش‌های پزشکی به طور همزمان استفاده شود. این حسگر حتی اگر انواع کاملاً متفاوتی از مواد مانند ذرات ویروسی و DNA در غلظت‌های بسیار متغیر وجود داشته باشد، می‌تواند به کار گرفته شود.
 
هولگر اشمیت از دانشگاه کالیفرنیا، روش جدیدی برای پردازش سیگنال را به یک زیست‌حسگر مبتنی بر تراشه اپتوفلوئیدی اعمال کرد. این پیشرفت‌ها امکان تشخیص فلورسانس ترکیبی از نانوذرات در غلظت‌های مختلف را فراهم می‌کند به طوری‌که غلظت‌ها چند ده برابر با هم تفاوت داشته و از مقیاس آتمولار تا نانومولار در محلول حضور دارند.
 
اشمیت گفت: «این کار آخرین مرحله ما در توسعه دستگاه‌های حسگری اپتوفلوئیدی یکپارچه است که به اندازه کافی حساس هستند تا بتوانند بیومولکول‌های منفرد را تشخیص دهند و در طیف گسترده‌ای از غلظت‌ها کار کنند. ما نشان داده‌ایم که این کار را می‌توان با یک روش واحد انجام داد، که به ما امکان می‌دهد تا به طور همزمان انواع ذرات را به طور همزمان اندازه‌گیری کرده و تشخیص دهیم حتی اگر غلظت‌های آن‌ها بسیار متفاوت باشند.»
 
محققان یک حلقه بازخورد را در این حسگر استفاده کردند که تشخیص می‌دهد که سیگنال‌ها بسیار بزرگ هستند و قدرت لیزر ورودی را بر این اساس تنظیم می‌کنند. این امر به آن‌ها اجازه می‌دهد سیگنال‌های بزرگ را از غلظت‌های زیاد تشخیص دهند بدون اینکه سیگنال‌های ضعیفی را که ممکن است از گونه دیگری در غلظت‌های کم وجود داشته باشد، از دست دهد.
 
اگرچه بسیاری از انواع دستگاه‌های تست مبتنی بر تراشه توسعه یافته اند، بیشتر آن‌ها روی یک هدف یا نوع آزمایش تمرکز می‌کنند، زیرا زیست مولکول‌ها به اشکال مختلفی و در مقادیر بسیار متفاوتی ارائه می‌شوند. به عنوان مثال، غلظت پروتئین‌های مختلف مورد استفاده به عنوان نشانگر‌های زیستی بیماری می‌تواند بیش از ده مرتبه با هم تفاوت داشته باشد.
 
گروه اشمیت، با همکاری آرون هاوکینز در دانشگاه بریگام یانگ، در تلاش است تا پلتفرمی ارائه دهد که می‌تواند برای انواع مختلفی از تجزیه و تحلیل استفاده شود. این ابزار مبتنی بر تراشه‌های نوری سیالی است که اپتیک و کانال‌های میکروسیالی را روی یک تراشه سیلیکون یا پلاستیکی با هم ترکیب می‌کند. ذرات با روشنایی ایجاد شده در اثر برخورد با پرتو لیزر، شناسایی می‌شوند.
 
برای تشخیص مولکول‌های موجود در هر دو غلظت بالا و پایین به طور همزمان، محققان فرکانس‌های مختلف مدولاسیون سیگنال را ایجاد کردند. آن‌ها از مدولاسیون لیزر فرکانس بالا برای تمایز ذرات منفرد در غلظت‌های پایین استفاده کردند و مدولاسیون لیزر با فرکانس پایین سیگنال‌های بزرگی را از ذرات در غلظت‌های بالا تشخیص داد.