Yeni bir çalışma, bilim adamlarının hücresel ölçekte cyborglar yaratmasına olanak tanıyabilir. İLE Canlı bir hücrenin içinde kablosuz olarak çalışabilen minyatür bir anten tasarlamak için Medya Laboratuvarı. Antenin gerçek zamanlı izleme ve yönlendirme potansiyeli nedeniyle bu, tıbbi teşhis, tedavi ve diğer bilimsel süreçlerde uygulamalara sahip olabilir. hücresel aktivite.
Bilim insanları bu teknolojiye Cell Rover adını verdiler. Hücre içinde çalışabilen ve 3 boyutlu biyolojik sistemlerle uyumlu bir antenin ilk gösterimini temsil ediyor.
MIT Medya Laboratuvarı'nda yardımcı doçent ve AT&T Kariyer Geliştirme Başkanı ve Nano-Sibernetik Biotrek Laboratuvarı başkanı Deblina Sarkar şunları söyledi: "Tipik biyoelektronik arayüzler milimetre, hatta santimetre boyutundadır ve yalnızca son derece istilacı olmakla kalmaz, aynı zamanda tek hücrelerle kablosuz olarak etkileşime geçmek için gereken çözünürlüğü sağlamada da başarısız olur - özellikle de tek bir hücrede meydana gelen değişikliklerin bile tüm organizmayı etkileyebileceği göz önüne alındığında."
Yeni geliştirilen antenin boyutu bir hücreden çok daha küçük. Anten, oosit hücreleriyle yapılan araştırmalarda hücre hacminin yüzde 05'inden azını temsil ediyordu. Dönüştürür elektromanyetik dalgaların dalga boyları elektromanyetik dalgalardan beş kat daha küçük olan ve ses hızının dalga frekansına bölünmesini temsil eden akustik dalgalara bölünür.
Minyatür antenler, elektromanyetik dalgalardan akustik dalgalara bu dönüşümü sağlamak için manyetostriktif olarak bilinen bir madde kullanılarak yapılmıştır. Manyetostriktif malzeme içindeki manyetik alanlar alanla hizalanır. manyetik alan antene uygulanır, güç verilir ve etkinleştirilir. Bu, tıpkı kumaşa dokunan metal ipliklerin güçlü bir mıknatısa bükülerek tepki vermesi gibi, malzemede gerilime neden olur.
Sarkar'ın laboratuvarında öğrenci olan ve bu çalışmanın baş yazarı Baju Joy şunları söyledi: “Antene alternatif bir manyetik alan uygulandığında, malzemede üretilen değişen gerilim ve gerilim (basınç), anteni oluşturan şeydir. akustik dalgalar antende. Ayrıca gezicileri hücrelere sokmak için düzgün olmayan bir manyetik alan kullanan yeni bir strateji geliştirdik."
Sarkar şunları söyledi: "Bu şekilde yapılandırılan anten, doğal süreçler meydana geldikçe biyolojinin temellerini keşfetmek için kullanılabilir. Tipik olarak yapıldığı gibi sitoplazmalarını incelemek için hücreleri yok etmek yerine Cell Rover, bir hücrenin gelişimini veya bölünmesini izleyebilir, enzimler gibi farklı kimyasalları ve biyomolekülleri veya hücre basıncı gibi fiziksel değişiklikleri tespit edebilir - hepsi gerçek zamanlı ve in vivo olarak .”
Araştırmacılar, halihazırda tıbbi ve diğer araştırmalarda kullanılan polimer gibi malzemelerin Cell Rover'ın işleyişine entegre edilebileceğini iddia ediyor. Örneğin polimerler, kimyasal veya biyomoleküler değişikliklere yanıt olarak kütle veya streste değişiklik gösterir. Bunun gibi bir kombinasyon, şu anda kullanımda olan hücre yok edici gözlem yöntemlerinin ortaya çıkarmadığı bilgileri ortaya çıkarabilir.
Sarkar'ın açıklaması şu şekilde: "Böyle yeteneklere sahip Cell Rovers, kanser ve örneğin nörodejeneratif hastalık araştırmaları. Teknoloji, hastalığın bireysel hücrelerdeki ilerlemesi boyunca ilişkili biyokimyasal ve elektriksel değişiklikleri tespit edip izleyebiliyor. İlaç keşfi alanında uygulanan teknoloji, canlı hücrelerin farklı ilaçlara verdiği reaksiyonları aydınlatabilir."
"Transistörler ve anahtarlar gibi nanoelektronik cihazların karmaşıklığı ve ölçeği nedeniyle -" bilgi teknolojisi alanında elli yıllık muazzam ilerlemeleri temsil ediyor. Cell Rover, mini anteniyle hücre içi hesaplama ve bilgi işlemeden hücrenin otonom keşfine ve modülasyonuna kadar çeşitli işlevleri yerine getirebilir. Araştırma, tek bir hücre içinde bile birden fazla Cell Rover'ın kendi aralarında ve hücrelerin dışında iletişim kurmak için devreye girebileceğini gösterdi."
MIT Mühendislik Fakültesi Dekanı ve Vannevar Bush Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü Anantha P. Chandrakasan, şuraya, “Cell Rover, algılama, iletişim ve bilgi teknolojisini canlı bir hücrenin içine yerleştirebildiği için yenilikçi bir kavramdır. Bu, kesin teşhis, tedavi ve ilaç keşfi için benzeri görülmemiş fırsatların yanı sıra biyoloji ve elektronik cihazlar arasındaki kesişme noktasında yeni bir yön açıyor."
Dergi Referans:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC ve diğerleri. Cell Rover — canlı hücrelerin içinde kablosuz işlem için minyatürleştirilmiş manyetostriktif bir anten. Nat Commun 13, 5210 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
