شما اینجا هستید
صفحه اصلی > فناوری > هیدروژل، اینبار بر سر انگشتان شما !

هیدروژل، اینبار بر سر انگشتان شما !

مهندسان و متخصصان زیست شناسی در MIT طرح جدیدی از “مواد زنده” را ایجاد کرده اند . یک ورق هیدروژل سخت، با کشسانی بالا و زیست سازگارکه به درون آن سلول های زنده تزریق شده و به صورت ژنتیکی، برای روشن شدن در حضور مواد شیمیایی خاصی طراحی شده اند.

محققان دریافته اند که پرآب تر شدن محیط هیدروژل برای حفظ مواد مغذی و باکتری های برنامه ریزی شده زنده و فعال، بمطلوب تر است. هنگامی که باکتری ها به یک ماده شیمیایی خاص واکنش نشان می دهند، از خود نور ساطع می کنند. همانطور که در سمت چپ تصویر دیده می شود.

سنسور های زنده
سنسور های زنده

محققان در مقاله ای که در نشریه آکادمی ملی علوم منتشرشد ، پتانسیل مواد جدید را برای سنجش مواد شیمیایی چه در محیط و اطراف و چه در بدن انسان، نشان دادند.

این تیم سنسورهای پوشیدنی مختلفی ازهیدروژل حاوی سلول، ازجمله یک دستکش لاستیکی که پس از لمس یک سطح شیمیایی آلوده واکنش نشان می دهد و باند هایی که در برابر مواد شیمیایی بر روی پوست فرد فشار می آورند، به وجود آوردند.

Xuanhe Zhao، استاد مهندسی مکانیک  MITمی گوید که طراحی مواد اولیه می تواند به جایی برسد که توانایی حس کردن سایر مواد شیمیایی و آلاینده ها را نیز داشته باشد و درتحقیقات جغرافیایی و علوم قانونی، نظارت بر آلودگی و پزشکی تشخیصی نیز استفاده گردد.

تیموتی لو، استاد مهندسی زیست شناسی و مهندسی برق و علوم رایانه می گوید: “با استفاده از این طرح، مردم می توانند انواع مختلفی از باکتری ها را در این دیوایس ها برای نشان دادن سموم در محیط و یا بیماری بر روی پوست، قرار دهند. ما در واقع استعداد بالقوه ی مواد و وسایل زندگی را نشان می دهیم.”

همکاران این مقاله دانشجویان تحصیلات تکمیلی Xinyue Liu، Tzu-Chieh Tang، Eleonore Tham، Hyunwoo Yuk و Shaoting Lin هستند.

تزریق زندگی در مواد

لو و همکارانش، در گروه زیست شناسی مصنوعی MIT، متخصص ایجاد مدارهای بیولوژیکی هستند که برنامه های ژنتیکی قطعات بیولوژیکی را در سلول های زنده مانند E.coli بازتولید می کنند تا به ترتیب با هم کار کنند؛ درست مانند مراحل منطقی در مدار الکتریکی. به این ترتیب، دانشمندان می توانند سلول های زنده را مجددا با توانایی های خاصی از جمله حس کردن و یافتن نشانه ای ازحضور ویروس ها و سموم، طراحی کنند.

با این حال، بسیاری از این سلول های تازه برنامه ریزی شده تنها در داخل ظروف پتری، که این امکان را برای دانشمندان فراهم می کند که بتوانند به دقت سطوح مواد مغذی مورد نیاز برای حفظ و زنده و فعال نگه داشتن سلول ها را کنترل کنند، نگه داشته می شوند .

لو می گوید: ” چالش ساخت مواد زنده، این است که چگونه این سلول های زنده را حفظ کنند تا آنها را قابل دوام و وظیفه مند در دیوایس قراردهند. آنها نیاز به رطوبت و مواد مغذی دارند و برخی نیز نیاز به اکسیژن. چالش دوم چگونگی جلوگیری فرار از مواد است. ”

برای کنار آمدن با این موانع، دیگران ازعصاره های شیمیایی یخ زده سلول های مهندسی ژنتیکی استفاده می کنند و آنها را به کاغذ تبدیل می کنند تا نوارهای تشخیصی ویروسی ارزانی را ایجاد کنند. اما لو می گوید: عصاره ها همانند سلول های زنده نیستندکه بتوان عملکرد آنها را در مدت زمان طولانی حفظ کرد و حساسیت بالایی برای شناسایی بیماری ها داشته باشند.

گروه های دیگر ، سلول های عضلانی قلب را بر روی فیلم های لاستیکی نازک برای ساخت بافت نرم ، فعال کردن و به کارانداختن و یا رباتیک بودن ، می سازند. با این حال، هنگامی خم شدن، این فیلم ها می توانند شکسته شوند و سلول های زنده را از بین ببرند.

یک میزبان پر جنب و جوش

گروه ژائو در آزمایشگاه مواد فعال کاربردی MIT، ماده ای ساخته اند که ممکن است برای میزبانی سلول های زنده ، ایده ال باشد. برای چند سال گذشته، تیم او با فرمولاسیون های مختلفی از هیدروژل، ماده را ساختند؛ ماده ای سخت، با خاصیت کشسانی بالا و سازگار با محیط زیست ساخته شده که ترکیبی از پلیمر و آب است. آخرین طرح های آنها تا ۹۵ درصد آب را شامل می شود و محیطی را فراهم می کند که ژائو و لو می توانند برای حفظ سلول های زنده از آن استفاده کنند.

این دو گروه ، سلول های باکتریایی برنامه ژنتیکی لو را به ورق های هیدروژل ژائو ادغام کردند. آنها ابتدا لایه های هیدروژل و کانال های باریک داخل لایه ها را با استفاده از تکنیک های چاپ سه بعدی و میکرو لاین ساختند؛ هیدروژل را به یک لایه الاستومر و یا لاستیک مانند متخلخل متصل کردند تا به اکسیژن اجازه داده شود که داخل شود. سپس سلولهای E. coli را به کانالهای هیدروژل تزریق کردند. سلول ها هنگام برخورد با مواد شیمیایی خاصی که از طریق هیدروژل عبور می کنند، به صورت فلوئورسنت(روشن) درمی آیند. در این صورت، ترکیبی طبیعی به نام DAPG تشکیل می شود.

محققان سپس مواد هیدروژل / الاستومر را در یک حمام مواد مغذی،که در سراسر هیدروژل تزریق می شود، خیس کرده و به این شکل سلول های باکتریایی زنده و فعال را برای چندین روز حفظ کردند.

آنها برای این که پتانسیل مواد را نشان دهند، ابتدا یک ورق از ماده را با چهار کانال جداگانه و باریک که هر کدام حاوی نوعی باکتری بودند، ساختند .آنها هر کانال را در معرض مواد شیمیایی خاص خود قرار دادند.

سپس، این تیم مواد را به یک باند که با کانال هایی حاوی باکتری های حساس به رامنوز(یک نوع شکر طبیعی است) ، متصل کردند. محققان مچ دست داوطلب را به یک توپ پنبه خیس خورده در رامنوز آغشته کردند، قطعه هیدروژل را که در پاسخ به مواد شیمیایی بلافاصله روشن می شد، به کار بردند و نتیجه را دیدند.

در نهایت، محققان یک دستکش هیدروژل / الاستومر ساختند که انگشتانش دارای کانال های چرخش بودند و هر کدام با سلول های باکتریایی حساس شیمیایی مختلف پرشده بودند. هرنوک انگشتی درپاسخ به برداشتن یک توپ پنبه خیس شده با یک ترکیب خاص، درخشید.

این گروه همچنین یک مدل تئوری برای کمک به دیگران در طراحی چنین مواد و دیوایس های زنده ای به وجود آوردند.

ژائو می گوید: “این مدل به ما کمک می کند تا دیوایس هایی با کارایی بهتر، طراحی کنیم و به شما چیزهایی مانند ضخامت لایه هیدروژلی که باید استفاده کنید، فاصله کانال ها، چگونگی طراحی کانال ها و میزان استفاده از باکتری ها را می گوید.”

در نهایت، ژائو پیش بینی می کند که محصولاتی مانند دستکش و پلاستیک های لاستیکی حاوی هیدروژل حساس به مواد شیمیایی یا باند و حتی لباس هایی که ممکن است نشانه هایی از عفونت یا بیماری را تشخیص دهند، از مواد زنده (سلول ها ) ساخته شوند .

 

این تحقیق به طور جزئی توسط دفتر تحقیقات دریایی، بنیاد ملی علوم و موسسات ملی حمایت شد.

منبع: سایت دانشگاه MIT

 

 

 

مقالات ما را ارزیابی کنید !

نگین نقی نژاد
کارشناسی بایومکانیک، تجربه ی کار در کلین روم، فعالیت در پروژه های میکروفلوئیدیک و بایو، علاقه مند به پروژه های بایو و سیالات

پاسخ دهید