پژوهشگران نشان دادند که می‌توان با کمک فناوری نانو و بهره‌گیری از هیدروژل‌ها، الیاف نوری زیستی تولید کنند که به تحقیقات در حوزه زیست‌فناوری کمک شایانی می‌کند.
تولید الیاف نوری زیستی برای کمک به توسعه زیست‌فناوری
شیشه یکی از قدیمی‌ترین مصالحی است که بشر از آن استفاده می‌کند و ساخت شیشه حداقل ۶۰۰۰ سال پیش، مدت‌ها قبل از آنکه بشر چگونگی استخراج آهن را کشف کرده باشد، انجام شده است. شیشه‌ها بر‌اساس ترکیب شیمیایی سیلیس یعنی دی اکسید سیلیکون یا کوارتز، ساخته شده‌اند. از دهه ۱۹۵۰، از شیشه در تولید کابل‌های فیبر نوری استفاده شده است، فناوری که صنعت ارتباطات را متحول کرده و به انقلاب دیجیتال کمک شایانی کرده است.
کابل‌های فیبر نوری یک سیگنال را به‌عنوان یک پالس نور در امتداد یک محیط شفاف، معمولاً شیشه، هدایت می‌کنند. این کابل‌ها نه تنها برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود، بلکه در بسیاری از کاربردهای مراقبت‌های بهداشتی و زیست‌پزشکی، دانشمندان از فیبرهای نوری استفاده می‌کنند.
پیشرفت اخیر محققان در این زمینه اپتوژنتیک است، روشی که در آن از فعال یا غیرفعال کردن سلول‌های مغزی با نور و با رنگ‌های مختلف نور به‌منظور درمان اختلالات مغزی استفاده می‌کند.
از آنجا که الیاف سیلیس دارای سازگاری زیستی محدودی هستند، تجزیه‌پذیر نیستند؛ بنابراین برای زمینه‌هایی مانند اپتوژنتیک بسیار مناسب نیستند، محققان به جای آن از هیدروژل برای ساخت فیبرهای نوری استفاده کرده‌اند. هیدروژل‌ها به‌طور عمده از آب تشکیل شده‌اند که رسانای نور خوبی در هوا هستند. این هیدروژل‌های هدایت کننده نور قادر به ادغام بافت‌ها، تحریک سلول‌ها و تشخیص پدیده‌های مختلف بودند.
کارلوس گیمارس از محققان این پروژه می‌گوید: «مشکل فیبرهای نوری هیدروژلی این است که پس از ساخت، نمی‌توان آن‌ها را تغییر داد، زیرا این مواد با استفاده از اشعه ماوراء بنفش برای ایجاد پیوند دائمی با مواد پخته می‌شوند. ما این موضوع را با رویکردی بین رشته‌ای و با ترکیب فناوری اپتیک، مهندسی زیستی و فناوری نانو حل کردیم و از این همگرایی برای تولید فیبر نوری با قابلیت کار در حوزه‌هایی از جمله مدل‌های سرطان، تشخیص نیروی فیزیکی و تشخیص کووید استفاده کردیم.»
این تیم تحقیقاتی که شامل دانشمندان گروه تحقیقاتی ۳B (مواد زیستی، زیست تخریب‌پذیر و زیست تقارن) در دانشگاه مینهو در پرتغال و محققان دانشگاه استنفورد، یافته‌های خود را در در قالب مقاله‌ای با عنوان “Construction Polysaccharide-based Hydrogel Photonic Constructures: From Multiscale Detection to Biofabrication of Living Fibers Optical” در نشریه Advanced Materials منتشر کرد.
این کار رویکردی ساده و کم هزینه برای ساخت فیبرهای نوری با کمک مواد زیستی است. این الیاف را می‌توان به راحتی برای کاربردهای خاص تغییر داد و برای تولید آن نیاز به تجهیزات پیچیده نیست.
با توجه به اینکه بیشتر تجزیه و تحلیل سلول‌ها و بافت‌ها با استفاده از روش‌های وقت‌گیر و پرهزینه مانند روش‌های تخرب نمونه و رنگ‌آمیزی و همچنین میکروسکوپ‌های پیچیده، انجام می‌شود، این رویکرد جدید زیست‌شناسی را دیجیتالی می‌کند و به شما امکان می‌دهد پدیده‌های پیچیده سلول را با استفاده از یک نور ساده کاوش کنید.
علاوه‌بر این، استفاده از سازه‌های فوتونی هیدروژلی برای درک پدیده‌های پیچیده و در مقیاس بزرگ در طول زمان ایده‌آل است، زیرا موجودات زنده می‌توانند در محیط مهندسی شده تکثیر شده و ساختارهای زنده بزرگی را تشکیل دهند و تجزیه و تحلیل آن‌ها می‌تواند بسیار سریع و بدون تخریب نمونه صورت گیرد.
