پزشکی بالینی

محققان آمریکایی با الهام از عروس دریایی، ساختاری ارائه کرده‌اند که می‌تواند برای تولید ادوات پزشکی ایمن مورد استفاده قرار گیرد. برخی ادوات پزشکی که در داخل بدن قرار می‌گیرند، نیازمند به‌ همراه داشتن قطعاتی از جنس مواد سخت هستند. این ناهمگونی مکانیکی می‌تواند برای بافت‌هایی نظیر پوست مشکل ساز شود. اخیرا پژوهشگران موفق به ساخت سیستمی شدند که همانند عروس دریایی دارای بدنه نرم و دهانه سخت است. عروس دریایی هرچند بدنه نرمی دارد، اما دارای دندان‌های تیزی است که قادر به وارد کردن فشار بر غذا است. با الهام از این جاندار دریایی، محققان سیستمی ساختند که برای بیماران بی‌خطر و ایمن است، به‌ طوری که از آن می‌توان برای ساخت حسگرهای گلوکز و بازوهای پروتزی استفاده کرد. نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Bioinspired Water-Enhanced Mechanical Gradient Nanocomposite Films That Mimic the Architecture and Properties of the Squid Beak» در نشریه «Journal of the American Chemical Society» به چاپ رسیده است.
«استوارت روان» از دانشگاه کیس وسترن رزرو، نویسنده اول این مقاله می گوید: ما این ساختار را به تقلید از طبیعت ایجاد کردیم. ساختار دهانه این سیستم از جنس نوعی نانوکامپوزیت است که از الیاف چیتین ساخته شده، این الیاف درون نوعی پروتئین قرار داده شده است. زمانی که این ماده خشک شود گرادیان ساختاری درون آن بوجود می‌آید، وقتی که این سیستم درون آب قرار گیرد این گرادیان افزایش می‌یابد. «روان» و «کاپادونا» از اعضای تیمی بودند که پیش از این ماده‌ای به تقلید از پوست خیار دریایی ساخته بودند؛ این ماده در صورت خشک بودن بسیار سخت و محکم و پس از خیس شدن نرم و انعطاف‌پذیر خواهد شد. آنها تصور داشتند که اگر این ماده با نانوالیاف ترکیب شود، می‌تواند سختی خود را در حین خیس شدن حفظ کند.
این گروه این فیلم را با نانوبلورهای سلولزی عامل‌دار شده پر کردند، این نانوبلورها در صورت نور دیدن به یکدیگر متصل می‌شوند. برای ایجاد گرادیان سختی در طول ساختار، به یک انتهای ساختار نوری تابیده نمی‌شود و به آرامی تابش نور آغاز شده و تا انتهای دیگر شدت تابش افزایش می‌یابد. افزایش شدت و زمان تابش موجب بیشتر شدن اتصالات و سخت‌تر شدن ساختار می‌شود. در صورت خیس شدن این ساختار، گرادیان سختی در آن ایجاد می‌شود، در واقع آب پیوندهای غیرکووالانسی ضعیف را از بین می‌برد و با خشک شدن، دوباره ساختار حالت اولیه خود را به‌ دست می‌آورد.

پژوهشگران MIT، با استفاده از رشته‌های دی‌ان‌ای و رنگ فلورسانس، موفق به ساخت حسگر pH با قدرت تفکیک بالا شدند که با استفاده از آن می‌توان وجود بیماری سرطان را تشخیص داد.  pH و بار نقش مهمی در بسیاری از سیستم‌ها و فرآیندهای فیزیولوژی نظیر تاخوردن پروتئین‌ها ایفا می‌کند، به‌ طوری که می‌تواند شاخصی برای بروز بیماری سرطان باشد.
در مقاله‌ای که اخیرا پژوهشگران آمریکایی تحت عنوان "A Mechanism for Biocompatible Nanocrystal-Based Sensors" در نشریه "Angewandte Chemie" به چاپ رساندند، نشان دادند که می‌توان از نوعی حسگر جدید برای ردیابی سرطان استفاده کرد. برای این کار اسیدیته سلول‌های زنده برای یک دوره زمانی طولانی رصد می‌شود، قدرت تفکیک این روش بیشتر از حدی است که پیش از این انجام شده بود. برای این کار از ترکیب نانوبلورهای فلورسانت به‌ همراه بازوهای مولکولی متحرک استفاده شد، بازوهایی که در اثر تغییرات pH محیط می‌توانند باز و بسته شوند.
اندوزوم‌ها سلول‌هایی هستند که نقش مهمی در انتقال سلولی ایفا می‌کنند، این سلول‌ها با رسیدن به بلوغ رشد و pHشان تغییر می‌کند. این موضوع اخیرا توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست توسط یک حسگر نانومقیاس pH و میکروسکوپ فلورسانس مشاهده شده است. راز این موفقیت در طراحی نوعی حسگر غیرمعمول است؛ در این حسگر یک بازوی مولکولی متحرک به نانوبلورهای فلورسانت سبز و قرمز متصل است. این نانوبلورها ذرات نیمه‌هادی هستند که به‌ راحتی انرژی جذب شده توسط رنگ‌های فلورسانت را از طریق مکانیسم غیرتابشی انتقال می‌دهند. با این کار تابش فلورسانس توسط میکروسکوپ قابل مشاهده خواهد شد.
فاصله میان نانوبلور و رنگ توسط تا شدن و باز شدن بازوهای مولکولی حسگر کنترل می‌شود، این حرکت کاملا وابسته به اسیدیته است. این بازو از یک تکه دو رشته دی‌ان‌ای و یک تکه تک‌رشته دی‌ان‌ای بوجود آمده است. با افزایش غلظت یون‌های H+، تمایل این رشته‌ها برای ایجاد یک رشته سه گانه افزایش می‌یابد به شکلی که تک رشته بین شیارهای دو رشته قرار گرفته و موجب تاخوردن آن می‌شود. این حرکت بازوها در pH هفت رخ داده و بسیار به تغییر آن حساس است. در pHهای بالاتر بازو کشیده شده و مولکول‌های فلورسانس از هم فاصله می‌گیرند، در نتیجه انتقال انرژی رخ نخواهد داد. در pH پایین‌تر بازوها تا شده و امکان انتقال بار را فراهم می‌کند. در واقع این روش نسبت میان تابش سبز به قرمز را اندازه‌گیری می‌کند نه مقدار واقعی‌ را، بنابراین تغییر مقدار تابش تفاوتی در نتیجه نخواهد داشت.