اندازه‌گیری میدان الکتریکی در اعماق درون سلول با استفاده از یک نانوولت‌متر

یک ولت‌متر نانومقیاس بی‌سیم که در دانشگاه میشیگان توسعه یافته است، باور معمول درباره محیط فیزیکی داخل سلول را تغییر داده است. این ولت‌متر می‌تواند در آینده به محققان کمک کند تا به برخی سوالات بغرنج پزشکی همچون دلیل رشد بی‌رویه سلول‌های سرطانی یا نحوه بهبود عصب‌های آسیب‌دیده پاسخ دهند.

یک ولت‌متر نانومقیاس بی‌سیم که در دانشگاه
میشیگان توسعه یافته است، باور معمول درباره محیط فیزیکی داخل سلول را
تغییر داده است. این ولت‌متر می‌تواند در آینده به محققان کمک کند تا به
برخی سوالات بغرنج پزشکی همچون دلیل رشد بی‌رویه سلول‌های سرطانی یا نحوه
بهبود عصب‌های آسیب‌دیده پاسخ دهند. رائول کاپلمن استاد شیمی، فیزیک، و
فیزیک کاربردی دانشگاه میشیگان در جلسه‌ای ویژه با عنوان «ایجاد نسل بعدی
نانوابزارها برای زیست‌شناسی سلولی» در همایش انجمن زیست‌شناسی آمریکا در
واشنگتن در مورد این ولت‌متر بحث خواهد کرد.

کاپلمن می‌گوید: «ایده اصلی نهفته در پشت این زمینه تحققاتی، پیگیری
فرایندهای سلولی (طبیعی و غیرطبیعی) از طریق بررسی ویژگی‌های فیزیکی درون
سلول است.تحقیقات درباره تغییرات شیمیایی درون سلول مدتهای زیادی است که
صورت می‌گیرد، اما حال ما علاقه‌مند به اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکی محیط
درون سلول هستیم، زیرا فرایندهای فیزیکی و شیمیایی به هم مرتبط می‌باشند».

کاپلمن می‌گوید این ابزار جدید کروی بوده و دارای قطر ۳۰ نانومتر می‌باشد
که ۱۰۰۰ برابر کوچک‌تر از ولت‌مترهای موجود است. این ابزار یک وسیله
فتونیکی است، یعنی به جای استفاده از الکترون‌ها، از نور برای انجام عملکرد
خود استفاده می‌کند.

کاترین تینر که همکار فوق‌دکترای قبلی کاپلمن بوده و اکنون در سازمان غذا و
داروی آمریکا کار می‌کند، از این نانوولت‌متر برای اندازه‌گیری میدان
الکتریکی اعماق درون سلول استفاده کرده است (کاری کا تاکنون غیر ممکن بود).
کاپلمن می گوید دانشمندان قبلاً میدان‌های الکتریکی غشای سلول را اندازه‌گیری
کرده بودند و این کار در مورد محیط درون سلول انجام نشده بود.

محققان با استفاده از این روش جدید یک ولت‌متر را به سادگی وارد سلول نمی‌کنند،
بلکه از هزاران ولت‌متر استفاده کرده و آنها را در فضای درون سلول منتشر می‌کنند.
هر واحد، یک نانوذره است که حاوی مولکول‌های رنگی حساس به ولتاژ می باشد.
زمانی که این مولکول‌ها رنگی با نور آبی برانگیخته می‌شوند، از خود نور سبز
و قرمز منتشر می‌کنند که نسبت این دو نور بیانگر شدت میدان الکتریکی موجود
در منطقه مربوطه می باشد.

جالب این است که اندازه گیری‌های تینر نشاندهنده میدان الکتریکی بالا در
سیتوسل (ماده ژل‌مانندی که بیشتر حجم داخل سلول را تشکیل می‌دهد) بود.

کاپلمن می‌گوید: «باور عمومی بر این بوده است که میدان الکتریکی درون
سیتوسل صفر است، اما تمام ۱۵ ناحیه‌ای که ما اندازه گرفتیم دارای میدان
الکتریکی بسیار قوی بودند (۱۵ میلیون ولت بر متر)». اگر بخواهیم مقایسه‌ای
انجام دهیم، شدت میدان الکتریکی موجود در یک منزل معمولی ۱۰ ولت بر متر، و
شدت میدان الکتریکی در زیر یک خط انتقال برق، ۱۰۰۰۰ ولت بر متر می‌باشد.
هنوز دلیل این میدان بسیار قوی شناخته شده نیست، اما این یافته راه را برای
تحقیقات بیشتر مخصوصاً در زمینه تفاوت میان این میدان الکتریکی در سلول‌های
سالم و بیمار (مثلاً سلول‌های سرطانی) و استفاده از آن برای درمان بیماری‌ها
باز کرده است.