Sebuah studi baru dapat memungkinkan para ilmuwan untuk membuat cyborg pada skala seluler, berkat MIT Media Lab untuk merancang antena mini yang dapat beroperasi secara nirkabel di dalam sel hidup. Ini dapat memiliki aplikasi dalam diagnosa medis, perawatan, dan proses ilmiah lainnya karena potensi antena untuk pemantauan dan pengarahan waktu nyata. aktivitas seluler.
Ilmuwan menamakan teknologi ini Cell Rover. Ini merupakan demonstrasi pertama dari antena yang dapat beroperasi di dalam sel dan kompatibel dengan sistem biologis 3D.
Deblina Sarkar, asisten profesor dan Ketua Pengembangan Karir AT&T di MIT Media Lab dan kepala Nano-Cybernetic Biotrek Lab, mengatakan, “Antarmuka bioelektronik tipikal berukuran milimeter atau bahkan sentimeter dan tidak hanya sangat invasif tetapi juga gagal memberikan resolusi yang diperlukan untuk berinteraksi dengan sel tunggal secara nirkabel – terutama mengingat bahwa perubahan pada satu sel saja dapat mempengaruhi seluruh organisme.”
Ukuran antena yang baru dikembangkan jauh lebih kecil daripada sel. Antena mewakili kurang dari 05 persen volume sel dalam penelitian dengan sel oosit. Ini mengubah gelombang elektromagnetik menjadi gelombang akustik, yang panjang gelombangnya lima kali lipat lebih kecil, mewakili kecepatan suara dibagi dengan frekuensi gelombang — dibandingkan dengan gelombang elektromagnetik.
Antena mini dibuat menggunakan zat yang dikenal sebagai magnetostrictive untuk mencapai konversi dari gelombang elektromagnetik ke akustik. Domain magnetik dalam bahan magnetostriktif sejajar dengan medan ketika a medan gaya diterapkan ke antena, memberi daya dan mengaktifkannya. Hal ini menyebabkan ketegangan pada bahan, seperti halnya benang logam yang ditenun menjadi kain dapat bereaksi terhadap magnet yang kuat dengan cara dipelintir.
Baju Joy, seorang mahasiswa di lab Sarkar dan penulis utama karya ini, berkata, “Ketika medan magnet bolak-balik diterapkan ke antena, berbagai regangan dan tegangan (tekanan) yang dihasilkan dalam material inilah yang menciptakan gelombang akustik di antena. Kami juga telah mengembangkan strategi baru menggunakan medan magnet yang tidak seragam untuk memasukkan rover ke dalam sel.”
Sarkar berkata, “Dikonfigurasi dengan cara ini, antena dapat digunakan untuk mengeksplorasi dasar-dasar biologi saat proses alami terjadi. Alih-alih menghancurkan sel untuk memeriksa sitoplasma mereka seperti yang biasa dilakukan, Cell Rover dapat memantau perkembangan atau pembelahan sel, mendeteksi berbagai bahan kimia dan biomolekul seperti enzim atau perubahan fisik seperti tekanan sel — semuanya secara real-time dan in vivo .”
Para peneliti mengklaim bahwa bahan seperti polimer, yang sudah digunakan dalam penelitian medis dan lainnya, dapat diintegrasikan dengan pengoperasian Cell Rover. Polimer, misalnya, perubahan massa atau stres sebagai respons terhadap perubahan kimia atau biomolekuler. Kombinasi seperti ini mungkin mengungkapkan informasi yang tidak dimiliki oleh metode pengamatan penghancuran sel yang digunakan saat ini.
Sarkar menjelaskan, “Dengan kemampuan seperti itu, Cell Rovers bisa menjadi berharga di kanker dan penelitian penyakit neurodegeneratif, misalnya. Teknologi ini dapat mendeteksi dan memantau perubahan biokimia dan listrik yang terkait dengan penyakit selama perkembangannya dalam sel individu. Diterapkan dalam bidang penemuan obat, teknologi ini dapat menjelaskan reaksi sel hidup terhadap obat yang berbeda.”
“Karena kecanggihan dan skala perangkat nanoelektronik seperti transistor dan sakelar — “mewakili lima dekade kemajuan luar biasa di bidang teknologi informasi. Cell Rover, dengan antena mininya, dapat menjalankan fungsi mulai dari komputasi intraseluler dan pemrosesan informasi hingga eksplorasi dan modulasi sel secara otonom. Penelitian menunjukkan bahwa beberapa Cell Rover dapat digunakan, bahkan di dalam satu sel, untuk berkomunikasi di antara mereka sendiri dan di luar sel.”
Anantha P. Chandrakasan, dekan Sekolah Teknik MIT dan Profesor Teknik Elektro dan Ilmu Komputer Vannevar Bush, tersebut, “Cell Rover adalah konsep inovatif karena dapat menanamkan teknologi penginderaan, komunikasi, dan informasi di dalam sel hidup. Ini membuka peluang yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk diagnostik, terapi, dan penemuan obat yang tepat, serta arah baru di persimpangan antara biologi dan perangkat elektronik.”
Referensi Jurnal:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC dkk. Cell Rover—antena magnetostriktif mini untuk operasi nirkabel di dalam sel hidup. Nat Commun 13 Agustus 5210 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
