این دستگاه نوآورانه امکان تنظیم دقیق‌تر pH محیط سلولی را نسبت به روش‌های قبلی فراهم می‌کند.
محققان دانشگاه ماساچوست امهرست ( University of Massachusetts Amherst ) یک فناوری نوآورانه توسعه داده‌اند که از مکانیسم هماهنگ‌سازی هواپیماهای جنگنده جنگ جهانی اول الهام گرفته است، مکانیسمی که شلیک مسلسل را با حرکت پروانه هماهنگ می‌کرد. این پیشرفت امکان کنترل دقیق و لحظه‌ای pH محیط سلولی را برای تأثیرگذاری بر رفتار آن فراهم می‌کند. این مطالعه که در مجله Nano Letters منتشر شده است، چشم‌اندازهای هیجان‌انگیزی را برای توسعه درمان‌های جدید سرطان و بیماری‌های قلبی و همچنین پیشرفت در مهندسی بافت فراهم می‌کند.
نانو لترز ( Nano Letters ) یک مجله علمی ماهانه است که توسط انجمن شیمی آمریکا منتشر می‌شود. این مجله در ژانویه ۲۰۰۱ تأسیس شد.
جینگلِی پینگ، دانشیار مهندسی مکانیک و صنعتی در دانشگاه ماساچوست امهرست و نویسنده مسئول این مطالعه، توضیح می‌دهد:
«هر سلولی به pH واکنش نشان می‌دهد. رفتار و عملکرد سلول‌ها به‌شدت تحت تأثیر pH قرار دارد. برخی سلول‌ها در یک سطح خاص از pH قابلیت زیستی خود را از دست می‌دهند و در برخی دیگر، pH می‌تواند خواص فیزیولوژیکی آن‌ها را تغییر دهد.»
تحقیقات پیشین نشان داده‌اند که تغییرات بسیار کوچک در pH، حتی در حد ۰.۱ واحد، می‌تواند اثرات فیزیولوژیکی قابل‌توجهی بر سلول‌ها داشته باشد.
چالش‌های مطالعه تغییرات لحظه‌ای pH
بااین‌حال، مطالعه تأثیر مستقیم تغییرات pH چالش‌برانگیز بوده است، زیرا روش‌های موجود برای تغییر محیط سلولی کند هستند و به پدیده انتشار متکی‌اند. *پینگ* می‌گوید:
«اینکه یک سلول خاص چگونه در لحظه به تغییرات pH واکنش نشان می‌دهد، هنوز ناشناخته است.»
مشخص شده است که می‌توان pH را با استفاده از یک میکروالکترود تنظیم کرد، که این روش پایه‌ای برای طراحی این سیستم محسوب می‌شود. اما انجام این کار هم‌زمان با اندازه‌گیری تغییرات pH یک چالش جدید ایجاد کرد: ترانزیستور گرافنی که برای اندازه‌گیری pH استفاده می‌شود، نسبت به جریان الکتریکی میکروالکترود تنظیم‌کننده pH نیز حساس است.
پینگ توضیح می‌دهد: «بنابراین، جریانی که اندازه‌گیری می‌کنید، مستقیماً به pH مربوط نمی‌شود.»
در اینجا بود که پینگ از مکانیسم هماهنگ‌سازی مسلسل و پروانه در هواپیماهای جنگنده الهام گرفت. در این هواپیماها، مسلسل‌ها در پشت پروانه قرار دارند و هواپیما باید تیراندازی کند بدون اینکه به پروانه خود آسیب بزند.
راه‌حل این مشکل، هماهنگ‌سازی شلیک مسلسل‌ها با حرکت پروانه است، به‌طوری‌که اسلحه‌های پرسرعت فقط زمانی شلیک می‌کنند که با فضای خالی بین پره‌های پروانه، که آهسته‌تر می‌چرخند، هم‌راستا باشند.
تیم پینگ یک روش مشابه ایجاد کرد که در آن، برای مدت کوتاهی جریان تنظیم‌کننده pH را قطع می‌کنند. این وقفه که فقط چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد، به ترانزیستور اجازه می‌دهد تا بدون تأثیرپذیری از جریان میکروالکترود، مقدار pH را به‌طور دقیق ثبت کند. درعین‌حال، این وقفه آن‌قدر کوتاه است که pH فرصت بازگشت به مقدار اولیه را پیدا نکند.
دستگاه آن‌ها توانست pH را با دقت ۰.۱ واحد pH تنظیم کند، که به‌مراتب بیشتر از تلاش‌های قبلی مبتنی بر الکترود است که تنها به دقت ۰.۶ واحد pH می‌رسیدند.
آزمایش بر روی باکتری‌ها و سلول‌های قلبی
آن‌ها دستگاه خود را بر روی باکتری‌ها و سلول‌های قلبی آزمایش کردند. آن‌ها دریافتند که حرکت باکتری‌ها (Bacillus subtilis) با افزایش پایه‌ای شدن محیط کاهش می‌یابد. این روش جدید نسبت به روش‌های مرسوم کارآمدتر بود. این روش تنها به یک نمونه نیاز داشت و در حدود نه دقیقه نه نقطه داده را ثبت کرد، در حالی که روش‌های سنتی دو ساعت زمان می‌برد تا ۱۳ نقطه داده جمع‌آوری کنند که هرکدام به نمونه‌ای جداگانه نیاز داشتند.
آن‌ها همچنین دریافتند که وقتی pH محیط از حالت خنثی (۷) به اسیدی (حدود ۴) کاهش می‌یابد، سلول‌های قلبی (کاردیومیوسیت‌ها) فرکانس ضربان قلب خود را دو برابر می‌کنند. این یافته پتانسیل دستگاه را برای پیشبرد درک علمی از رابطه بین اسیدوز متابولیک (وقتی بدن بیش از حد اسیدی می‌شود) و تاکی‌کاردیا (وضعیتی که در آن ضربان قلب بیش از حد سریع است) برجسته می‌کند و همچنین به حل سؤالات مهمی در زمینه درمان‌های قلبی کمک می‌کند.
پینگ می‌گوید: «این فناوری درها را باز می‌کند و یک سؤال فنی را حل می‌کند و بسیاری از سوالات “چه می‌شود اگر” را برای دانشمندان به وجود می‌آورد.
من نمی‌گویم که ما به هیچ‌کدام از این سوالات بلندمدت پاسخ داده‌ایم، اما ابزاری برای پاسخ‌دهی به آن‌ها فراهم کرده‌ایم.»
پینگ پیش‌بینی می‌کند که این فناوری می‌تواند در بیوالکترونیک، مهندسی بافت، درمان تومورها و پزشکی بازساختی کاربرد داشته باشد.
: Reference
https://scitechdaily.com/wwi-fighter-plane-hack-inspires-breakthrough-in-cancer-treatment
