انقلابی جدید در حوزه پزشکی؛ تشخیص سریع ویروس ها و سلول های سرطانی با بیوچیپ سیلیکونی

گروهی از محققان توانستند یک بیوچیپ سلیکونی با پتانسیل غربالگری سریع هزاران مولکول ژنیتیکی را تولید کنند. با استناد به گزارش منتشر شده در مجله Science، این ابزار پیشرفته توانایی تشخیص بیش از 160000 مولکول متمایز قرار گرفته روی یک سطح یک سانتی‌متر مربعی را با خود به همراه دارد. این فناوری پیشگامانه و نوآورانه می‌تواند در طیف وسیعی از زمینه‌های پزشکی اعم از “شناسایی نشانگر‌های پروتئین‌ های سرطان و تشخیص بالینی عفونت‌های تنفسی” بهره گرفته شود. نتایج این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

این ابزار چگونه عملکرد خود را ارائه می‌دهد؟

اغلب سنسور‌های مربوط به آزمایش‌های ژنتیکی، بر روش دو روش “جذب” یا “انتشار” نور از مولکول‌های خاصی که در تلاشند تا به ژن هدف متصل شوند، متکی‌اند. در این روش‌ها، سعی بر آن است تا با استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمر، به تکثیر چندین نسخه از ژن هدف (پیش از تلاش برای شناسایی آن‌ها) پرداخته شود که این امر، خود افزایش هزینه‌ها و مدت زمان آزمایش را به همراه دارد.

علاوه بر این، سنسور‌های غربالگری ژنتیکی پیشین، محدودیت‌هایی در تشخیص طیف متنوعی از ترکیبات هدف داشتند و در راستای شناسایی توالی‌های ژن هدف، نیازمند به برچسب‌گذاری نوری بودند. زیرا ممکن بود برخی از ترکیبات هدف بدون برچسب وجود داشته باشند که این سنسورها نمی‌توانستند آنها را تشخیص دهند.

محققان دانشگاه استنفورد در این مطالعه مدعی شدند که:

اکنون، ما، از یک پلتفرم غربالگری ژنتیکی بدون نیاز به برچسب‌گذاری و بر پایه نانوآنتن‌های سیلیکونی با کیفیت بسیار بالا که توسط قطعات اسید نوکلئیک فعال شده‌اند، رونمایی می‌کنیم.

توسعه این فناوری بر پایه روش تشخیص نوری و با استفاده از متاسطح‌های متشکل از آرایه‌های کوچک سیلیکونی؛ صورت گرفته است. این آرایه‌های سیلیکونی فوق‌العاده کوچک، ارتفاعی در حدود 500 نانو‌متر، طولی 600 نانو‌متری و عرضی 160 نانومتری دارند.

آرایه‌های سیلیکونی به کار گرفته شده در این بیوچیپ، با استفاده از نانوآنتن‌های خود قادرند تا نور “مادون قرمز نزدیک” را روی سطح بالایی خود متمرکز نمایند. به طور کلی، این فراسطح‌ها از نانوآنتن‌های زیرموجی تشکیل شده‌اند که نور را در میدان نزدیک به شدت محدود می‌کنند و در عین حال امکان کنترل دقیق را بر پراکندگی میدان دور نیز فراهم می‌سازند.

بر اساس مقاله منتشر شده در مجله Science، این رویکرد، امکان اندازه‌گیری تغییر طول موج نور ساطع شده از هر بلوک سیلیکونی (که تعداد آن‌ها به مولکول‌های واقع شده در روی بلوک‌ها وابسته است) را برای میکروسکوپ نوری اصلی فراهم می‌سازد.

برای آزمایش این بیوچیپ سیلیکونی، محققان ابتدا 22 قطعه ژن تک‌رشته‌ای به طول نوکلئوتید را به بلوک‌های سیلیکونی متصل کرده و پس از آن آرایه سیلیکونی را در یک محلول بافر، غوطه‌ور کردند. پس از آغشته شدن رشته‌های DNA مکمل به محلول، آن‌ها به سرعت با رشته‌های متصل‌شده پیوند خوردند و در پی آن، طول موج نور ساطع شده از سطح هر بلوک تغییر پیدا کرد.

به گفته نویسندگان این مقاله، این ابزار قادر است تا به ازاء هر میکرو‌لیتر، 4000 نسخه از ژن‌های هدف را به راحتی شناسایی نماید.

منبع: InterestingEngineering