يقوم الباحثون بـ "وشم" أنماط نانوية ذهبية على الخلايا الحية - عالم الفيزياء

إن القدرة على دمج الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار البصرية مع جسم الإنسان على مستوى الخلية الواحدة يمكن أن تتيح يومًا ما مراقبة الخلايا الفردية والتحكم فيها عن بعد في الوقت الفعلي. لقد أتاح التقدم في تصنيع الإلكترونيات إنشاء ترانزستورات وأجهزة استشعار بدقة نانوية، في حين تتيح تقنيات النمط النانوي المبتكرة تجميع هذه الأجهزة على ركائز مرنة. ومع ذلك، تتطلب مثل هذه العمليات بشكل عام مواد كيميائية قاسية أو درجات حرارة عالية أو تقنيات فراغ غير مناسبة للخلايا والأنسجة الحية.

للتغلب على هذه العقبات، قام فريق بحث في جامعة جونز هوبكنز بتطوير عملية غير سامة وعالية الدقة وفعالة من حيث التكلفة لطباعة أنماط نانوية ذهبية على الأنسجة والخلايا الحية. الإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في نانو رسائللقد أثبتوا أن التقنية الجديدة يمكنها "وشم" الخلايا والأنسجة الحية بمصفوفات مرنة من النقاط الذهبية والأسلاك النانوية. وفي نهاية المطاف، يمكن استخدام هذه الطريقة لدمج الأجهزة الذكية مع الأنسجة الحية لتطبيقات مثل الإلكترونيات الإلكترونية والاستشعار الحيوي.

يوضح قائد الفريق: "إذا كانت لدينا تقنيات لتتبع صحة الخلايا المعزولة، فربما نتمكن من تشخيص الأمراض وعلاجها في وقت أبكر بكثير، وليس الانتظار حتى يتضرر العضو بأكمله". ديفيد جراسياس في تصريح صحفي. "نحن نتحدث عن وضع شيء مثل الوشم الإلكتروني على جسم حي أصغر بعشرات المرات من رأس الدبوس. إنها الخطوة الأولى نحو ربط أجهزة الاستشعار والإلكترونيات بالخلايا الحية.

شكرا، لو جو وقد صمم وزملاؤه عملية طباعة بتقنية النقل النانوي ثلاثية المراحل لربط الأنماط النانوية الذهبية بالخلايا الحية. في الخطوة الأولى، استخدموا الطباعة الحجرية النانوية التقليدية (NIL) لطباعة مصفوفات من النقاط النانوية الذهبية أو الأسلاك النانوية على رقائق السيليكون المغلفة بالبوليمر. ثم قاموا بإذابة البوليمر، مما أدى إلى تحرير المصفوفات النانوية لنقلها إلى ساترة زجاجية.

بعد ذلك، قام الباحثون بتفعيل سطح الذهب باستخدام السيستامين وقاموا بتغليف مصفوفات NIL الذهبية بطبقة نقل هيدروجيل ألجينات. لقد أظهروا أن هذا النهج يمكن أن ينقل بشكل موثوق مصفوفات 8 × 8 مم من النقاط النانوية والأسلاك النانوية من الزجاج إلى الهلاميات المائية الناعمة والمرنة. في الخطوة الأخيرة، يتم ربط مصفوفات NIL الذهبية بالجيلاتين لتمكين نقلها إلى الخلايا أو الأنسجة الحية. فصل طبقة نقل المائية ثم يعرض نمط الذهب.

قام الباحثون بالتحقيق في سلوك الخلايا الليفية الحية المزروعة على صفائف من النقاط الذهبية بقطر 250 نانومتر (550 نانومتر من المركز إلى المركز) أو أسلاك ذهبية بعرض 300 نانومتر (450 نانومتر) على الهلاميات المائية الجينية. بعد حوالي 24 ساعة من البذر، يفضل أن تهاجر الخلايا الموجودة على الهلام المائي المطبوع بأسلاك متناهية الصغر بالتوازي مع الأسلاك النانوية، في حين أظهرت الخلايا الموجودة على النقاط النانوية هجرة عشوائية، ولكن أسرع قليلاً. وأظهرت الخلايا الموجودة على الأسلاك النانوية أيضًا استطالة تبلغ ضعف تلك الموجودة على النقاط النانوية. توضح هذه النتائج قدرة صفائف NIL الذهبية على توجيه اتجاه الخلية والهجرة.

بالإضافة إلى كونه متوافقًا حيويًا مع الخلايا والأنسجة، يمكن للجينات هيدروجيل أيضًا نقل مصفوفات NIL الذهبية إلى الأعضاء والخلايا الحية. ولإثبات ذلك، وضع الباحثون هيدروجيلات مطبوعة بأسلاك متناهية الصغر على القشرة الدماغية لدماغ كامل وشريحة دماغية إكليلية.

بعد ساعتين في وسائط الثقافة وتفكك الهيدروجيل، ظلت الأسلاك النانوية مرتبطة بسطح الدماغ بأكمله. في المقابل، لم تلتصق الأسلاك النانوية الموجودة على شريحة الدماغ، مما يشير إلى أن قوة الالتصاق تختلف باختلاف أنواع الخلايا وطرق الاستنبات. لاحظ الباحثون أن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتوصيف وتحسين آليات الالتصاق من أجل ترابط قوي طويل الأمد.

أخيرًا، لتقييم طباعة النقل الحيوي على مستوى الخلية الواحدة، قام الباحثون بزراعة صفائح خلايا أحادية الطبقة على هيدروجيلات ألجينات ذهبية مطبوعة بمصفوفة NIL. بعد 24 ساعة، انقلبوا على الهلاميات المائية المصنفة من الخلايا الليفية على ساترة المغلفة بالجيلاتين والسماح للخلايا نعلق على ساترة بين عشية وضحاها.

بعد فصل هيدروجيل الجينات، كشف الفحص المجهري الفلوري أن الخلايا الليفية المزخرفة بالنقاط النانوية الذهبية كانت لها قابلية للحياة تبلغ حوالي 97٪، في حين أن تلك المزخرفة بالأسلاك النانوية كانت لها قابلية للحياة تبلغ حوالي 98٪، مما يشير إلى أن عملية الطباعة متوافقة حيويًا مع الخلايا الحية. تشير الألوان العاكسة التي تظهر على ورقة الخلايا الليفية المنقوشة إلى أنه تم الاحتفاظ بشكل صفيف NIL الذهبي.

تتوافق عملية التصنيع أيضًا مع الطباعة الحجرية الضوئية المجهرية، والتي مكنت الباحثين من إنشاء بقع سداسية ومثلثة بعرض 200 ميكرومتر من مصفوفات NIL الذهبية. ثم قاموا بنقل هذه الخلايا بيولوجيًا وطباعتها على صفائح الخلايا، مما أدى إلى نمو انتقائي للخلايا الليفية على الرقع الدقيقة. وأظهرت الأفلام المسجلة على مدى 16 ساعة أن الخلايا التي تحتوي على بقع من الأسلاك النانوية المطبوعة في الأعلى تبدو سليمة وقادرة على الهجرة، مع بقاء المصفوفات على الخلايا الرخوة حتى أثناء تحركها.

جهاز استشعار صغير يقيس في نفس الوقت النشاط الكهربائي والميكانيكي في خلايا القلب

يقول جراسياس: "لقد أظهرنا أنه بإمكاننا ربط أنماط نانوية معقدة بالخلايا الحية، مع ضمان عدم موت الخلية". "إنها نتيجة مهمة للغاية أن الخلايا يمكن أن تعيش وتتحرك مع الوشم لأنه غالبًا ما يكون هناك عدم توافق كبير بين الخلايا الحية والأساليب التي يستخدمها المهندسون لتصنيع الإلكترونيات."

استنتج جراسياس وزملاؤه أن عملية التنميط النانوي، جنبًا إلى جنب مع تقنيات التصنيع الدقيق القياسية، "تفتح فرصًا لتطوير ركائز زراعة الخلايا الجديدة، والمواد الحيوية الهجينة، والأجهزة الإلكترونية، وأجهزة الاستشعار الحيوية". بعد ذلك، يخططون لمحاولة ربط دوائر نانوية أكثر تعقيدًا يمكنها البقاء في مكانها لفترات أطول، بالإضافة إلى تجربة أنواع مختلفة من الخلايا.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• تشارت بريم. ارفع مستوى لعبة التداول الخاصة بك مع ChartPrime. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/researchers-tattoo-gold-nanopatterns-onto-live-cells/