"نجوم النانو" الذهبية في التشخيص الطبي وعلاج الملوثات البيئية

النجوم الذهبية الصغيرة التي يقل حجمها عن جزء من المليار من المتر قد تؤدي إلى طرق جديدة للتشخيص الطبي أو فحص البيئة والتعرف على الملوثات فيها

القضبان والأقماع والمكعبات والمجالات - امهد الطريق! النجوم الذهبية الصغيرة، التي يقل حجمها عن جزء من المليار من المتر، قد تؤدي إلى ظهور أساليب جديدة للتشخيص الطبي أو فحص البيئة والتعرف على الملوثات الموجودة فيها.

في حين أصبحت الجسيمات النانوية موضوعًا ساخنًا في مجموعة واسعة من العلوم، تشير الأبحاث الجديدة التي أجراها مهندسون حيويون في جامعة ديوك إلى أنه من بين جميع الهياكل التي تم فحصها حتى الآن، فإن البنية النجمية تتمتع بأكبر ميزة في بعض التطبيقات.

العامل الرئيسي هو الضوء، وخاصة كيفية انعكاسه من الجزيئات. وجد الباحثون في جامعة ديوك أنه بالمقارنة مع الهياكل الأخرى، فإن النجوم النانوية قادرة على زيادة الضوء المنعكس بشكل كبير. تزيد هذه الحقيقة من قدرتها على استخدامها كعامل تتبع أو ملصق أو عامل تباين.

ونظرًا لأن الباحثين وجدوا أيضًا أن الحجم والشكل الدقيقين للنجوم النانوية يؤثران على طيف الإشعاع المنعكس، فإنهم يعتقدون أنه سيكون من الممكن ضبط طبيعة هذه النجوم النانوية الصغيرة حتى تتمكن من التعرف على مركبات ومواد كيميائية معينة والارتباط بها.

وقال كريس خوري، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية التي نشرت في دورية "على حد علمنا، هذه هي الورقة الأولى عن تطوير واستخدام جسيمات الذهب النانوية كعلامات للتعرف الجزيئي والوصف الأول لتحضيرها المتحكم فيه بأحجام وأشكال مختلفة". النسخة الإلكترونية من مجلة الكيمياء الفيزيائية.

استخدمت تجارب جامعة ديوك النجوم النانوية مع ظاهرة تم وصفها لأول مرة في السبعينيات والمعروفة باسم "تشتت رامان المحسن السطح" (SERS). عندما يتم توجيه الضوء أو الإشعاع، عادةً من مصدر ليزر، نحو عينة مادة، تهتز المركبات المستهدفة استجابةً لها وتنبعث منها إشعاعًا بطول موجي فريد لها، يُعرف باسم تشتت رامان. عندما يرتبط المركب المستهدف بجسيمات متناهية الصغر أو بنية نانوية معدنية، تزداد استجابة رامان بشكل ملحوظ بسبب هذا التأثير - أحيانًا حتى مليون مرة.

وفي أوائل الثمانينات كان الباحث Vo-Dinh وزملاؤه من أوائل الذين أثبتوا إمكانية استخدام هذه الظاهرة في التطبيقات العملية مثل التعرف على المواد الكيميائية، بما في ذلك: المواد المسرطنة والملوثات البيئية والأعراض الأولية للأمراض. والآن في جامعة ديوك، يقوم الباحث بدفع حدود هذه التكنولوجيا من خلال تصميم مجموعة متنوعة من أنواع وأشكال الجسيمات النانوية المعدنية التي يمكن استخدامها كعلامات للتشخيص الكيميائي والطبي الحيوي.

وقال الباحث: "نحن نحاول أن نفهم أي نوع من الهياكل النانوية سيوفر لنا أفضل إشارة حتى نتمكن من استخدامها لمراقبة كميات صغيرة من الملوثات أو لتشخيص الأمراض في مراحلها الأولية". "هذا البحث هو أول دليل على أن هذه النجوم النانوية يمكنها زيادة تأثير ظاهرة رامان للحصول على "توقيع" طيفي قوي وفريد ​​من نوعه، مثل "البصمة الضوئية".

قام الباحثون "بتنمية" النجوم النانوية عن طريق خلط "بذور" جزيئات الذهب الصغيرة في محلول مناسب. ومع إضافة المزيد من جزيئات الذهب إلى المحلول، بدأت نتوءات جديدة في التطور نحو الخارج من اتجاه قلب الجسيم. أدت إضافة الذهب إلى زيادة حجم الجسيم بأكمله.

وقال الباحث خوري: "تثبت هذه التجارب أنه يمكن تغيير حجم وشكل النجوم النانوية بطريقة محكومة من خلال ضبط حجم بذور الذهب المضافة إلى محلول النمو". "وجدنا أن التغيرات في حجم النجم أثرت على طبيعة الإشعاع المنعكس، وهي حقيقة تشير إلى إمكانية تعديل النتائج التي تم الحصول عليها من هذه الظاهرة".

بالنسبة لهذا النوع من الأبحاث، أو تلك الموجودة في مجالات التلوث البيئي، سيكون من الممكن ربط مركب صبغي بالنجوم النانوية وخلطها مع العينة التي يتم اختبارها. أو بعد ذلك سيتم وضع العينة تحت المجهر وستحصل على جرعة مناسبة من طاقة الليزر. وستكون أجهزة الاستشعار قادرة على تسجيل نمط تشتت رامان وتفسير البصمة البصرية الفريدة للعينة.

ويشير الباحث إلى أن النجوم النانوية صغيرة بما يكفي لاختراق جدران الخلايا الحية بحيث يمكن استخدامها في التطبيقات العملية للتشخيص الجزيئي. وستكون نجوم النانو قادرة على الارتباط بالأجسام المضادة للبحث عن المستضدات المناسبة لها، أو الارتباط بالأصباغ لتحسين كفاءة اختبارات التصوير المختلفة.

ورغم أن عنصر الفضة يزيد القياس بشكل أوسع، إلا أن الباحثين اختاروا عنصر الذهب تحديدا لأنه معدن ثابت لا يحفز الاستجابة المناعية في الجسم. وعلى عكس الفضة، لا يتأكسد الذهب داخل العينات.

ويعمل فريق البحث في جامعة ديوك حاليًا على تطوير طرق مبتكرة للكشف الكيميائي والتشخيص الطبي باستخدام هذه الجسيمات النانوية. ويوضح الباحث الرئيسي أنه نظرًا لأن كل مركب علامة له بصمة بصرية فريدة خاصة به، فمن الناحية النظرية سيكون من الممكن إنتاج كاشف واحد يمكنه اكتشاف مجموعة من أنواع السرطان المختلفة، على سبيل المثال، أو الملوثات البيئية المختلفة تمامًا.

الخبر الأصلي من جامعة ديوك