حسگرهای کوانتومی تکلایه راه جدیدی برای نظارت بر فعالیت الکتریکی سلولها باز میکنند

حسگرهای کوانتومی تکلایه راه جدیدی برای نظارت بر فعالیت الکتریکی سلولها باز میکنند, دانشمندان سالها برای ردیابی سیگنالهای الکتریکی در سلولهای زنده بر روشهای سنتی مانند الکترودهای تهاجمی و رنگهای فلورسنت متکی بودند. اما اکنون تیمی از مهندسان دانشگاه کالیفرنیا سندیگو (UCSD) پیشگیری کردهاند که مواد کوانتومی با ضخامت تنها یک اتم میتوانند این چالش را تنها با بهرهگیری از نور حل کنند.

محدودیتهای روشهای سنتی ردیابی سلولی الکتروفیزیولوژی کلاسیک اگرچه دقت بالا دارد، اما در مقیاسپذیری دچار مشکل است. کاشت تعداد زیاد الکترود در بافت میتواند آسیبهای جدی به سلولها ایجاد کند. از سوی دیگر، تکنیکهای نوری مانند تصویربرداری کلسیم تنها نمای غیرمستقیمی از فعالیت الکتریکی ارائه میدهند، زیرا به جای ثبت تغییرات ولتاژ واقعی، به پدیدههای ثانویه کت میکنند که میتواند منجر به خطا در تفسیر دادهها شود.

مکانیزم کوانتومی رویه جابجایی اکسیتون به تریون تحقیقات نشان میدهد که نیمهرساناهای فوقنازک مانند دیسولفید مولیبدن تکلایه، الکترونها را در دو بعد محصور میکنند. وقتی این مواد در معرض میدان الکتریکی سلولهای زنده قرار میگیرند، التوازن بین دو حالت کوانتومی یعنی اکسیتون و تریون به هم میریزد.

وجود اً خالیهای گوگرد در ساختار شبکه این ماده، تراکم بالایی از تریونها را فراهم میآورد که حساسیت فوقالعادهای نسبت به تغییرات میدان الکتریکی بافتهای زنده ایجاد میکند. ثبت بیدرد، بیتماس و با سرعت بالا پژوهشگران با ردیابی تغییرات نورتابی (فوتولومینسانس) این لایه تکأتمی، موفق شدند فعالیت الکتریکی سلولهای عضله قلب را در زمان واقعی و با تفکیک زمانی ناممکن برای سایر تکنولوژیها نقشهبرداری کنند.

ارطغرل کوبوکچو، مدیر پروژه، بیان کرده که این پدیده میتواند برای بازدید مدار مغز هموار سازد. افاق بالینی و کاربردهای آینده این فناوری نظرات نوینی برای درک مکانیسمهای بیماریهای عصبی و قلبی فراهم میآورد. امکان ترسیم اختلالات شبکه در مقیاس وسیع بافتها، از سطح تا لایههای عمیق، میتواند راهبردهای درمانی مانند تحریک عمیق مغز برای بیماری پارکینسون یا مدیریت آریتمیهای قلبی را دقیقتر و شخصیسازی شدهتر سازد.

نتایج این تحقیق در مجله معتبر نِیچر فوتونیکس منتشر شده است.