شیمی‌دان‌ها در حال توسعه ابزارهای کوچکی از نانولوله‌های کربنی هستند که با لایه‌های پلیمری احاطه شده‌ و قادر است سطح ترکیبات مهم بیولوژیکی مانند انسولین و نیتریک اکسید را اندازه‌گیری کند. دانشمندان امیدوارند این حسگرها تست‌های تشخیصی را مکانیزه و ساده‌تر کنند.

در نشست اخیر انجمن شیمی‌ آمریکا در ماساچوست گزارش شده که با توجه به آزمایشات انجام شده بر روی موش‌ها این ابزارها برای تزریق به جریان خون یا به صورت ایمپلنت‌های زیر پوستی بی‌خطر هستند. محققان همچنین داده‌هایی را ارائه داده‌اند که نشان می‌دهد مواد ساخته شده از نانولوله‌ها و پلیمرها می‌توانند سطح مولکو‌ل‌های بزرگ مانند انسولین را در خون اندازه‌گیری کنند. این موضوع شاهکاری است که برای فن‌آوری‌های موجود بسیار دشوار بود.

به گفته هیثر کلارک (Heather Clak) شیمی‌دانی از دانشگاه نورث‌ایسترن در بوستون «ترکیب نانولوله‌ها با این قالب‌های متصل، توانایی منحصربه‌فردشان را در شناسایی مولکول‌های بزرگ که پیش از این به علت نداشتن ابزار مناسب تشخیص‌شان بسیار چالش‌برانگیز بود نشان می‌دهد». هر چند برای اطمینان بیشتر تحقیقات دیگری نیز بر روی بدن انسان مورد نیاز است، این شیمی‌دان می‌افزاید:« با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، حوزه‌های یادگیری هیجان‌انگیزتری گشوده می‌شود».

تلاش‌ برای توسعه حسگرهای قابل کاشتِ مستحکم معمولا با میل بدن انسان برای محافظت از او و  همچنین از نظر بازیافت مواد بیولوژیکی همواره دچار مشکل بوده است.

بنا به گفته مایکل استرانو (Michael Strano) مهندس شیمی در MIT که به تازگی فعالیت‌های زیادی در این حوزه داشته «هر چیزی که بدن تولید می‌کند، به معنای این است که آن چیز کاهش می‌یابد». او می‌گوید: «چشم‌انداز ما ساخت مجموعه‌ابزارهای حساسی است که بتواند در طولانی مدت محدوده‌ی بسیار وسیعی از مولکول‌ها را به تصویر بکشد».

بازی با نور

تیمِ استرانو با لایه‌نشانی نانولوله‌های کربنی با پلیمرهای متعدد موفق به تولید حسگرهای موفقی شدند. آن‌ها این حسگرها را در مقابل مجموعه‌‌ای از مولکول‌هایی که قصد شناسایی‌شان را داشتند قرار دادند. در این رهیافت از قابلیت فلورسانس طبیعی نانولوله‌ها استفاده شده است. در حقیقت زمانی که نور به حسگری برخورد می‌کند، نانولوله بستگی به نوسان مولکول‌‌های مورد نظر کم‌نورتر یا درخشان‌تر می‌شود.

محققان MIT برای طراحی این حسگرها، نانولوله‌ها را با مخلوطی از پلیمرها و نوکلئوتیدها لایه‌نشانی کردند و آن‌ها را برای ساختارهایی که در نهایت با پروتئین‌های فیبرینوژن‌ ترکیب می‌شوند مورد بررسی قرار دادند. در واقع این مولکول بزرگ برای ایجاد لخته‌های خونی بسیار مهم است؛ تجمع آن می‌تواند نشان‌دهنده اختلال در خون‌ریزی یا بیماری‌های ریوی و یا مشکلات قبلی باشد. به گزارش گیلی بیسکر (Gili Bisker) متخصص نانو‌مواد از دانشگاه MIT این تیم به تازگی بر روی ماده‌ای تمرکز کرده‌ که توانایی ارضا کردن تمام شرایط فوق را دارد. بیسکر در نشست انجمن شیمی در این‌باره بیان کرد که نانو‌لوله‌هایی که قادرند فیبرینوژن‌ها را شناسایی کنند می‌توانند برای تعیین سطح پروتئین در نمونه‌های خونی، یا در ابزارهای کاشته شده در بافت‌های بدن مورد استفاده قرار بگیرند تا تغییر سطح فیبرینوژن را تعیین کنند که می‌تواند در برخی موارد نشان‌دهنده یک لخته خونی باشد.

بیسکر همچنین می‌افزاید تیم MIT حسگری را توسعه داده که می‌تواند با قرارگرفتن در زیر پوست سطح انسولین و گلوکز را در هر زمان مشخص کند. این تیم وصله کوچکی را تصویر کرده‌اند که شامل ابزار بدون سیمی بر روی پوست است که دقیقا بالای حسگر قرار دارد. این وصله نور را بر روی حسگر می‌تاباند و فلوروسانس آن را اندازه می‌گیرد، سپس داده‌ها را به یک تلفن همراه برای تصویربرداری در زمان واقعی مخابره می‌کند.

نسخه دیگری از این حسگر، که در دانشگاه MIT توسط نیکول آیورسون (Nicole Iverson) مهندس بیومدیکال و همکارانش توسعه داده شده می‌تواند نیتریک اسید را شناسایی کند. این مولکول معمولا نشان‌دهنده التهاب بوده و به سلول‌های سرطانی مرتبط است. به گفته مایکل لی (Michael Lee) مهندس شیمی از دانشگاه MIT، آزمایشاتی که بر روی موش‌ها انجام شده نشان می‌دهد زمانی که این حسگر در ماتریس هیدروژل قرار می‌گیرد برای بیش از 400 روز فعالیت مفید دارد و باعث هیچ‌گونه التهاب موضعی نمی‌شود. حسگرهای نیتریک اکسید همچنین زمانی که به رگ‌های خونی موش‌ها تزریق می‌شود، به طرز موفقیت‌آمیزی از مویرگ‌های ریز درون شش‌ها عبور می‌کند که موضوع قابل بحثی برای سمی بودن نانولوله‌ها است. آیورسون، که آزمایشگاه شخصی او در دانشگاه نبارساکا قرار دارد، قصد دارد تا این حسگرهای نیتریک اکسید را برای درمان‌ سرطان توسعه دهد. برای مثال، جراحان می‌توانند از این ابزار برای تعیین این‌که آیا سلول تومور را به کلی از بدن بیمار خارج کرده‌اند یا نه استفاده کنند.

منبع:http://www.nature.com/news/nanotube-implants-show-diagnostic-potential-1.18219