پژوهشگران با استفاده از هیدروژل و بهره‌گیری از فناوری نانو فیبرهای نوری زنده ساختند که در تشخیص سرطان و حوزه‌های مختلف پزشکی و زیست‌فناوری قابل استفاده است. این رویکرد جدید، زیست‌شناسی را دیجیتالی می‌کند و امکان کشف پدیده‌های پیچیده سلولی را با استفاده از نور ساده فراهم می‌کند.
ساخت فیبر نوری زنده با کمک فناوری نانو
فیبرهای نوری در حوزه‌های مختلف قابل استفاده بوده و از آن‌ها نه‌تنها برای انتقال اطلاعات، بلکه در بسیاری از برنامه‌های مراقبت‌های بهداشتی و زیست‌پزشکی استفاده می‌شود. یکی از پیشرفت‌های اخیر در این زمینه، اپتوژنتیک است، یک روش دستکاری عصبی که از فعال یا غیرفعال کردن سلول‌های مغزی با نورپردازی با رنگ‌های مختلف برای درمان اختلالات مغزی استفاده می‌کند. از آنجایی که الیاف سیلیکا زیست سازگاری محدودی دارند، زیست تخریب‌پذیر نبوده و بنابراین برای زمینه‌هایی مانند اپتوژنتیک چندان مناسب نیستند، محققان به جای آن از هیدروژل برای ساخت فیبرهای نوری استفاده کرده‌اند.
هیدروژل‌ها بیشتر از آب تشکیل شده‌اند که رسانای نور خوبی در محیط هوا است. نشان داده شده است که این هیدروژل‌های هدایت‌کننده نور قادر به ادغام بافت‌ها، تحریک سلول‌ها و حس کردن پدیده‌های مختلف هستند.
کارلوس گیماریس، نویسنده اول مقاله، می‌گوید: «مشکل فیبرهای نوری هیدروژلی این است که وقتی ساخته شدند، نمی‌توان آن‌ها را اصلاح کرد، زیرا با استفاده از نور فرابنفش «پخته» می‌شوند تا پیوندهای دائمی بین مواد ایجاد شود. ما به این موضوع با رویکردی میان رشته‌ای پرداختیم که اپتیک، مهندسی زیستی و فناوری نانو را برای ایجاد یک فیبر نوری زنده با کاربردهای فراوان ادغام می‌کند.»
کارلوس گیماریس توضیح می‌دهد: «ما از یک رویکرد اتصال متقابل طبیعی، یونی و زیستی سازگار استفاده می‌کنیم، که ما را قادر می‌سازد الیاف هیدروژل انعطاف‌پذیر را در معماری های چند لایه پیوسته تولید کنیم، به این معنی که تولید آن‌ها آسان است و می‌توان پس از ساخت آن‌ها را اصلاح کرد.»
این فیبرهای جدید درست مانند فیبرهای نوری حالت جامد که برای انتقال داده ها استفاده می‌شود، هستند. با این تفاوت که آن‌ها زیست سازگار بوده بنابراین می‌توان این فیبرها را به راحتی با سیستم‌های زیستی ادغام کرد.
گیماریس می‌گوید: «ما حتی می‌توانیم آن‌ها را زنده بدانیم زیرا می‌توانیم از آن‌ها برای رشد سلول‌های زنده در داخل فیبر استفاده کنیم. از آنجایی که این سلول‌های جاسازی شده در طول زمان رشد می‌کنند، ما می‌توانیم از نور برای کسب اطلاعات مختلف در مورد رویدادهای پویای درون سلول استفاده کنیم.»
این پروژه نشان‌دهنده یک رویکرد ساده و کم هزینه برای ساخت فیبرهای نوری ساخته شده از مواد زیستی است. این الیاف را می‌توان به راحتی برای کاربردهای خاص تغییر داد و برای تولید اطلاعات مرتبط نیازی به تجهیزات پیچیده ندارند. این روش می‌تواند برای بسیاری از کاربردهای حسگری و مدل‌سازی زیستی استفاده شود.
با توجه به اینکه بیشتر آنالیز سلولی و بافتی با استفاده از روش‌هایی زمان‌بر و پرهزینه مانند روش‌های تخریب نمونه و رنگ‌آمیزی و همچنین میکروسکوپ پیچیده، انجام می‌شود، این رویکرد جدید زیست‌شناسی را دیجیتالی می‌کند و امکان کشف پدیده‌های پیچیده سلولی را با استفاده از نور ساده فراهم می‌کند.
علاوه بر این، استفاده از ساختارهای فوتونیکی هیدروژل برای درک پدیده‌های پیچیده و در مقیاس بزرگ در طول زمان ایده‌آل است، زیرا موجودات زنده می‌توانند در محیط مهندسی شده تکثیر شوند و ساختارهای زنده بزرگی مانند فیبروم‌ها را تشکیل دهند و تجزیه و تحلیل می‌تواند بسیار سریع و بدون مشکل انجام شود.
این تیم الیاف هیدروژل چندلایه مرطوب خود را با پلی ساکاریدهای متقاطع یونی مهندسی کردند. این هیدروژل‌ها مدت‌هاست که برای مهندسی بافت و کاربردهای پزشکی احیاکننده توسط این گروه تحقیقاتی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. با استفاده از رویکردهای مبتنی بر میکروسیال و نازل‌های جریان چاپگر سه‌بعدی، این فرآیند به اندازه کافی قوی است تا الیاف هیدروژل انعطاف پذیر ایجاد کند.
