محققان نشان دادند که با ساخت نوعی عملگر نانویی، که به تقلید از مژک‌های طبیعی ساخته شده، می‌توان ادوات تشخیص طبی جدیدی را توسعه داد.
توسعه عملگر نانویی برای ساخت ادوات تشخیص طبی
مژک‌ها زائده‌های میکروسکوپی در برخی از ساختارهای زیستی مانند سلول‌های پوششی دیواره داخلی نای در انسان و برخی جانداران هستند. این موهای میکروسکوپی که مایع را با ضربان ریتمیک حرکت می‌دهند، مسئول فشار دادن مایع مغزی نخاعی در مغز، پاکسازی خلط و آلودگی از ریه‌ها و تمیز نگه داشتن سایر اندام‌ها و بافت‌ها هستند.
تولید مژه‌ها در کاربردهای مهندسی، به‌ویژه در مقیاس کوچک، یک شگفتی فناورانه است. محققان دانشگاه کرنل اکنون یک سیستم مژگانی مصنوعی با اندازه میکرو با استفاده از اجزای مبتنی بر پلاتین طراحی کرده‌اند که می‌تواند حرکت مایعات را در چنین مقیاسی کنترل کند. این فناوری روزی می‌تواند دستگاه‌های تشخیصی کم‌هزینه و قابل حمل را برای آزمایش نمونه‌های خون، دستکاری سلول‌ها یا کمک به فرآیندهای میکروساخت فعال کند.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان “Cilia Metasurfaces for Electronically Programmable Microfluidic Manipulation” در مجله Nature منتشر شده است.
وانگ از محققان این پروژه گفت: «راه‌های زیادی برای ساخت مژک‌های مصنوعی وجود دارد که به نور، مغناطیسی یا نیروهای الکترواستاتیک پاسخ می‌دهند. اما ما اولین کسی هستیم که از محرک نانو جدید خود برای نشان دادن مژک‌های مصنوعی که به صورت جداگانه کنترل می‌شوند استفاده می‌کنیم.»
در این پروژه که توسط نویسنده ارشد مقاله، ایتای کوهن، استاد فیزیک، رهبری می‌شود، یک عملگر الکتریکی مبتنی بر پلاتین ساخته شده است. این عملگر بخشی از یک ابزار رباتیک است که این گروه تحقیقاتی پیش از این توسعه آن را آغاز کرده‌اند.
کوهن گفت: «آنچه ما در اینجا نشان می‌دهیم این است که وقتی بتوانید به صورت جداگانه به این مژک‌ها بپردازید، می‌توانید جریان‌ها را به هر شکلی که می‌خواهید دستکاری کنید. می‌توانید چندین مسیر مجزا ایجاد کنید، می‌توانید جریان دایره‌ای ایجاد کنید، می‌توانید حمل و نقل یا جریان‌هایی ایجاد کنید که به دو مسیر تقسیم می‌شوند و سپس دوباره ترکیب می‌شوند. شما می‌توانید خطوط جریان را در سه‌بعدی دریافت کنید.»
کوهن گفت: «استفاده از پلتفرم‌های موجود برای ایجاد مژک‌هایی کوچک که در آب کار می‌کنند، از نظر الکتریکی قابل کنترل باشند و بتوانند با وسایل الکترونیکی ادغام شوند، بسیار سخت است. این سیستم این مشکلات را حل می‌کند و با این نوع پلت‌فرم، ما امیدواریم که موج بعدی دستگاه‌های دستکاری میکروسیال را توسعه دهیم.»
یک قطعه ساخته شده با این فناوری، شامل تراشه‌ای با ۱۶ واحد مربع است که در آن از ۸ آرایه مژک در هر واحد، و ۸ مژک در هر آرایه، با طول هر مژک حدود ۵۰ میکرومتر استفاده شده است که در نتیجه یک فرش از حدود هزار مژک مصنوعی ایجاد می‌شود. با نوسانات ولتاژ هر مژک، سطح آن اکسید می‌شود و به صورت دوره‌ای احیا می‌شود، که باعث می‌شود مژک به جلو و عقب خم شود و به آن اجازه می‌دهد مایع را با سرعت ده‌ها میکرون در ثانیه پمپ کند. آرایه‌های مختلف را می‌توان به طور مستقل فعال کرد، بنابراین ترکیبی بی پایان از الگوهای جریان ایجاد می‌کند که انعطاف‌پذیری مشاهده شده در همتایان زیستی خود را تقلید می‌کند.
کوهن گفت: «شما می‌توانید در آینده تصور کنید، افرادی که این دستگاه کوچک در ابعاد سانتی‌متر را می‌گیرند، یک قطره خون روی آن می‌ریزند و همه آزمایش‌های پزشکی لازم را انجام می‌دهند. شما مجبور نیستید یک پمپ داشته باشید، نیازی به تجهیزات ندارید، فقط به معنای واقعی کلمه آن را زیر نور خورشید قرار می‌دهید و کار می کند. ممکن است بین ۱ تا ۱۰ دلار قیمت داشته باشد.»
