ابزاری نانومقیاس برای مطالعات زیستی

کن شپارد استاد رشته مهندسی برق معتقد است که جایی در دنیا وجود ندارد که من نتوانم آنچه را که بخواهم در آنجا انجام دهم، تصور کنید در نقطه تلاقی میان زیست فناوری و صنعت نیمه‌هادی‌ها هیچ شرکتی برای کار در این بخش وجود نداشته باشد این دقیقا جایی است که باید وارد شد و با تلفیق این دو بخش، فناوری‌های نوینی را ایجاد کرد. 

تخصص اصلی کن شپارد یافتن کاربردهای جدید برای مدارهای مجتمع و تراشه‌ها است. این محقق حوزه نیمه‌هادی می‌گوید ما تاکنون از مدارهای مجتمع به‌عنوان واحدهای سازنده برای ساخت ادوات مخابراتی و کامپیوتر استفاده کرده‌ایم اما هیچگاه به‌دنبال بهره‌گیری از آنها در بخش زیست‌فناوری نبوده‌ایم.

کن شپارد پیش از این که در سال ۱۹۹۷ به دانشگاه کلمبیا بپیوندد، در شرکت IBM به‌عنوان طراح میکروپردازش‌گر فعالیت می‌کرد او از قطعات الکترونیکی برای سیستم‌های زیستی استفاده می‌کند در این مسیر کن شپارد از تک مولکول‌ها گرفته تا سلول‌های مختلف استفاده می‌کند. یکی از رایج‌ترین نقاط تلاقی الکترونیک و زیست‌شناسی استفاده از سیستم‌های نوری در میکروسکوپ‌ها است که در آنها از برچسب‌های فلورسانس برای مشاهده اجسام استفاده می‌شود.

کن شپارد می‌افزاید شما می‌توانید زیر میکروسکوپ اجسام را ببینید اما باید وقت زیادی صرف جمع‌آوری اطلاعات کنید و پس از جمع‌آوری تصاویر دیده شده نتیجه‌گیری کنید این موضوع کار شما را محدود می‌کند. 

در یک آزمایش، کن شپارد و همکارانش یک لوله‌نازک موسوم به نانولوله‌کربنی را برداشته و یکی از پیوندهای کربن را شکستند، سپس یک مولکول را به بخش شکسته شده متصل کردند. زمانی که این مولکول با یک مولکول هدف دیگر برهمکنش می‌دهد محققان می‌توانند با بررسی تغییر هدایت الکتریکی نانولوله کربنی، برهمکنش میان این دو مولکول را مورد مطالعه قرار دهند. با این روش می‌توان پدیده‌های مختلف از قبیل نوترکیبی و باز شدن دو رشته‌های دی‌ان‌ای را مورد مطالعه قرار دهند.

از مزیت‌های این روش آن است که می‌توان با هزینه بسیار کم تست‌های ژنتیکی را انجام داد. با روش‌هایی این چنینی محققان در سراسر جهان می‌توانند فناوری‌های تشخیص طبی را بهبود داده و ابعاد آنها را کوچکتر کنند. در حال حاضر برای توالی سنجی دی‌ان‌ای باید میلیون‌ها واکنش انجام شود تا سیگنالی مناسب بای تعیین توالی دی‌ان‌ای به‌دست آید. اما تنها با استفاده از یک نانوحفره می‌توان این کار را در زمانی بسیار کوتاه و با هزینه کم انجام داد.