การศึกษาใหม่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างไซบอร์กในระดับเซลล์ได้ ต้องขอบคุณ เอ็มไอที Media Lab สำหรับออกแบบเสาอากาศขนาดเล็กที่สามารถทำงานได้แบบไร้สายภายในเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งอาจนำไปใช้ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ การรักษา และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ เนื่องจากเสาอากาศมีศักยภาพในการตรวจสอบและสั่งการตามเวลาจริง กิจกรรมของเซลล์.
นักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อเทคโนโลยีนี้ว่า Cell Rover เป็นการสาธิตครั้งแรกของเสาอากาศที่สามารถทำงานได้ภายในเซลล์และเข้ากันได้กับระบบชีวภาพ 3 มิติ
Deblina Sarkar ผู้ช่วยศาสตราจารย์และเก้าอี้พัฒนาอาชีพของ AT&T ที่ MIT Media Lab และหัวหน้าของ Nano-Cybernetic Biotrek Lab กล่าวว่า "อินเทอร์เฟซชีวภาพอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปมีขนาดมิลลิเมตรหรือกระทั่งเซนติเมตร และไม่เพียงแต่มีการบุกรุกสูงเท่านั้น แต่ยังไม่สามารถให้ความละเอียดที่จำเป็นในการโต้ตอบกับเซลล์เดี่ยวแบบไร้สายได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงแม้แต่เซลล์เดียวก็สามารถส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้"
ขนาดของเสาอากาศที่พัฒนาขึ้นใหม่มีขนาดเล็กกว่าเซลล์มาก เสาอากาศมีปริมาตรเซลล์น้อยกว่า .05 เปอร์เซ็นต์ในการวิจัยกับเซลล์ไข่ มันแปลง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นคลื่นเสียง ซึ่งมีความยาวคลื่นน้อยกว่าขนาดห้าเท่า แทนความเร็วของเสียงหารด้วยความถี่คลื่น — มากกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เสาอากาศขนาดเล็กนี้สร้างขึ้นโดยใช้สารที่เรียกว่าแมกนีโตสทริกทีฟ (magnetostrictive) เพื่อให้เกิดการแปลงจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียง โดเมนแม่เหล็กภายในวัสดุแมกนีโตสทริกทีฟจะเรียงตัวกับสนามเมื่อ a สนามแม่เหล็ก ถูกนำไปใช้กับเสาอากาศ เปิดเครื่อง และเปิดใช้งาน สิ่งนี้ทำให้เกิดความเครียดในวัสดุ เช่นเดียวกับที่ด้ายโลหะที่ทอเป็นผ้าอาจทำปฏิกิริยากับแม่เหล็กอันทรงพลังโดยการบิด
Baju Joy นักศึกษาในห้องทดลองของ Sarkar และผู้เขียนนำงานนี้กล่าวว่า “เมื่อใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับกับเสาอากาศ ความเครียดและความเค้น (ความดัน) ที่เปลี่ยนแปลงไปในวัสดุคือสิ่งที่สร้าง คลื่นเสียง ในเสาอากาศ นอกจากนี้เรายังได้พัฒนากลยุทธ์ใหม่โดยใช้สนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอเพื่อแนะนำรถแลนด์โรเวอร์เข้าสู่เซลล์”
ซาร์การ์กล่าวว่า “การกำหนดค่าด้วยวิธีนี้ สามารถใช้เสาอากาศเพื่อสำรวจพื้นฐานของชีววิทยาเมื่อกระบวนการทางธรรมชาติเกิดขึ้น แทนที่จะทำลายเซลล์เพื่อตรวจสอบไซโตพลาสซึมตามปกติ Cell Rover สามารถติดตามการพัฒนาหรือการแบ่งเซลล์ ตรวจจับสารเคมีและชีวโมเลกุลต่างๆ เช่น เอนไซม์หรือการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น ความดันเซลล์ ทั้งหมดนี้ในแบบเรียลไทม์และในร่างกาย ”
นักวิจัยอ้างว่าวัสดุอย่างเช่น โพลีเมอร์ ซึ่งถูกใช้แล้วในทางการแพทย์และการวิจัยอื่นๆ สามารถรวมเข้ากับการทำงานของ Cell Rover ได้ โพลิเมอร์ เช่น การเปลี่ยนแปลงมวลหรือความเครียดตามการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือชีวโมเลกุล การรวมกันเช่นนี้อาจเปิดเผยข้อมูลที่วิธีการสังเกตการทำลายเซลล์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่เปิดเผย
ซาร์การ์อธิบายว่า “ด้วยความสามารถดังกล่าว Cell Rovers อาจมีค่าใน โรคมะเร็ง และการวิจัยโรคทางระบบประสาท เป็นต้น เทคโนโลยีนี้สามารถตรวจจับและตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีและไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับโรคได้ตลอดความก้าวหน้าในแต่ละเซลล์ เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในด้านการค้นพบยาได้ ทำให้ปฏิกิริยาของเซลล์มีชีวิตต่อยาต่างๆ สว่างขึ้น”
"เนื่องจากความซับซ้อนและขนาดของอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์เช่นทรานซิสเตอร์และสวิตช์ - "แสดงถึงความก้าวหน้าอย่างมากในด้านเทคโนโลยีสารสนเทศเป็นเวลาห้าทศวรรษ Cell Rover ซึ่งมีเสาอากาศขนาดเล็กสามารถทำหน้าที่ต่างๆ ตั้งแต่การคำนวณภายในเซลล์และการประมวลผลข้อมูล ไปจนถึงการสำรวจและการปรับเซลล์แบบอัตโนมัติ การวิจัยแสดงให้เห็นว่า Cell Rovers หลายตัวสามารถมีส่วนร่วมแม้ภายในเซลล์เดียวเพื่อสื่อสารระหว่างตัวเองและนอกเซลล์”
อนันทา ป. จันทรกาสันต์ คณบดี MIT School of Engineering และ Vannevar Bush ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ กล่าวว่า, “Cell Rover เป็นแนวคิดเชิงนวัตกรรมที่สามารถฝังการตรวจจับ การสื่อสาร และเทคโนโลยีสารสนเทศภายในเซลล์ที่มีชีวิต สิ่งนี้เปิดโอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับการวินิจฉัย การรักษา และการค้นคว้ายาที่แม่นยำอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน ตลอดจนทิศทางใหม่ที่จุดตัดระหว่างชีววิทยาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์”
การอ้างอิงวารสาร:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC และคณะ Cell Rover—เสาอากาศแบบแม่เหล็กขนาดเล็กสำหรับการทำงานแบบไร้สายภายในเซลล์ที่มีชีวิต ณัฐคอมมิชชัน 13, 5210 (2022). ดอย: 10.1038/s41467-022-32862-4
