قام الباحثون في التخنيون بتطوير تقنية مبتكرة تمكن من اكتشاف تسلسل الحمض النووي بحساسية أعلى 1,000 مرة من حساسية الطرق الحالية. يمكن لمبادئ البحث أن تمكن من تطوير مجموعة واسعة من أنظمة التشخيص الطبي البسيطة وغير المكلفة نسبيًا، على سبيل المثال لغرض تحديد الطفرات المعروفة في الحمض النووي
قام الباحثون في التخنيون بتطوير تقنية مبتكرة تمكن من اكتشاف تسلسل الحمض النووي بحساسية أعلى 1,000 مرة من حساسية الطرق الحالية. يمكن لمبادئ البحث أن تمكن من تطوير مجموعة واسعة من أنظمة التشخيص الطبية البسيطة والرخيصة نسبيًا، على سبيل المثال لغرض تحديد الطفرات المعروفة في الحمض النووي. تظهر الدراسة على غلاف مجلة المواد الوظيفية المتقدمة.
تم تطوير النظام بالتعاون بين المجموعات البحثية للبروفيسور إستي سيجال من كلية التكنولوجيا الحيوية وهندسة الأغذية والبروفيسور المشارك موران بيركوفيتش من كلية الهندسة الميكانيكية. قامت طالبة الدكتوراه ريتا ويلنسكي، التي أجرت البحث تحت إشرافهم، ببناء نظام "مختبر على شريحة" يجمع بين (1) جهاز استشعار للكشف البصري عن جزيئات الحمض النووي و(2) نظام من القنوات الدقيقة، مما يسمح بالتركيز. من الحمض النووي عن طريق تطبيق التيارات الكهربائية على الشريحة.
في مختبر البروفيسور سيغال، قاموا بتطوير أجهزة استشعار حيوية بصرية (أجهزة استشعار بيولوجية) تعتمد على رقائق السيليكون ذات المسام النانومترية. "هذه الشريحة المثقبة لها بصمة بصرية مميزة في نطاق الضوء المرئي"، يوضح البروفيسور سيغال. "نحن نربطها بأحد الخيوط التكميلية التي تشكل جزيء الحمض النووي الذي نريد تحديده. عندما نعرض الرقاقة لعدد كبير من التسلسلات، سنكون قادرين على تحديد التفاعل الذي يحدث في ذلك الشريط التكميلي المثبت على السيليكون.
"إن التقاط جزيئات الحمض النووي داخل بنية السيليكون يؤدي إلى تغيير في طيف الضوء المنعكس من الرقاقة ويسمح لنا بسهولة التعرف على هذه الجزيئات وتحديد كميتها، وبالتالي "اصطياد" التسلسل ومعرفة مقدار ما لدينا منه."
ووفقا للبروفيسور سيغال، فإن إحدى القيود الرئيسية في هذه العملية هي حساسية أجهزة الاستشعار، والتي تكون في بعض الأحيان غير كافية، وخاصة لتطبيقات التشخيص الطبي. هنا، يعتبر البروفيسور بيركوفيتش، الذي يطور أساليب تعتمد على التدفق الدقيق لزيادة تركيزات الجزيئات البيولوجية، شريكًا في البحث. يوضح البروفيسور بيركوفيتش: "باستخدام الكيمياء المناسبة، ومن خلال تطبيق المجالات الكهربائية، يمكننا تركيز جزيئات الحمض النووي التي نهتم بها في بقعة صغيرة ونقلها نحو المستشعر". "هذه هي الطريقة التي نخدع بها المستشعر ونقدمه بتركيزات أعلى بـ 10,000 مرة من التركيزات الطبيعية في العينة."
من خلال التخطيط الذكي لبنية السيليكون والتحكم في نمو طبقات الأكسيد المعزولة، تمكن الباحثون من تطبيق جهد كهربائي عالي على الشريحة مع الحفاظ على البنية النانومترية الخاصة. "لقد سمح لنا الجمع بين التقنيات بتحسين حساسية المستشعر بمعامل يتراوح بين 1,000 و10,000 مقارنة بالأجهزة الموجودة."
تم دعم العمل البحثي من قبل معهد راسل بيري لتقنية النانو.
