سایت فناوری های همگرا- تحقیقات اخیر نشان میدهند که با استفاده از نقاط کوانتومی میتوان سیگنالهای عصبی را به صورت زنده ثبت و شبکههای عصبی را ترسیم کرد. این پیشرفت درک بهتری نسبت به ارتباطات عصبی، هم در مغز سالم و هم در مغز بیمار فراهم می کند.
تصویربرداری از مغز با کمک نقاط کوانتومی
به گزارش سایت فناوری های همگرا سازوکار اساسی ارتباطات عصبی به زمان لازم برای مدولاسیون قدرت میدان الکتریکی موجود در پوستهی پلاسمایی سلول بستگی دارد. دکتر جیمز دلهانتی از مرکز تحقیقات ان آر ال میگوید: « دانشمندان علاقهی زیادی به ترسیم کل اتصالات نورونهای مغز انسان دارند. اما برای این کار به ابزاری نیاز دارند تا بتوانند نحوهی ارتباط دستههای بزرگ نورونها را بررسی کند و در عین حال بتوانند روی یک نورون به تنهایی تمرکز کرده و فعالیت آن را مطالعه کند. ما موفق به ادغام نانومواد حساس به ولتاژ به درون سلول‌ها و بافتهای زنده، در حالتهای مختلف و به صورت بالقوه شدهایم که تصویربرداری زنده را ممکن میسازد.»
نقاط کوانتومی، نانومواد نورپایداری هستند که طولعمر فلئورسنسی در حد چند نانوثانیه دارند. این نیمههادیهای درخشان، کوچک و کریستالی ویژگیهای نوری بارزی دارند، به همین دلیل از آنها برای تصویربرداری بالقوه رفتار عصبی استفاده میشود.
وقتی نقاط کوانتومی در معرض بافت مغز قرار میگیرند، سمیت سلولی پایینی از خود نشان میدهند. همچنین میتوان آنها را به راحتی، هم روی پوستهی پلاسما و هم درون آن به صورت موضعی قرار داد. تصویربرداری دوفوتونی یکی ازروش‌های تصویربرداری محبوب است که اغلب برای تصویربرداری بافتهای مختلف بدن، از جمله مغز استفاده میشود. کنش دوفوتونی و مقطعی نقاط کوانتومی چندین برابر بزرگتر از پروتئینهای فلئورسنت و یا رنگهای آلی است که در حال حاضر برای تصویربرداری زیستی استفاده میشوند.
دلهانتی میگوید: « نقاط کوانتومی بسیار درخشان و نورپایدارند. بنابراین شما میتوانید زمان زیادی آنها را نگاه کنید. همچنین میتوان از آنها برای تصویربرداری بافت در حالتهای خاص که با مواد فعلی (مانند رنگهای آلی) میسر نیست استفاده کرد. ما در این پروژه نشان دادیم که میتوان روشنایی نقاط کوانتومی را با اطمینان بالایی رصد کرد. در این سیستم زمانی که نورونها تحت پتانسیلی قرار میگیرند، تغییر قدرت میدان الکتریکی وابسته به زمان اتفاق می افتد. ابعاد کوچک نقاط کوانتومی، آنها را به ولتسنجهایی در مقیاس نانو تبدیل کرده که از آنها میتوان برای سنجش ولتاژ نورونها و سایر سلولهای الکتریکی استفاده کرد.»
مطالعات جدید نشان میدهد که اثر فوتولومینسانس نقاط کوانتومی توسط یک میدان الکتریکی که معمولا در غشاهای عصبی مغز وجود دارد سرکوب میشود. این مطالعات برای اولین بار نشان داد که به کمک اثر فوتولومینسانس نقاط کوانتومی میتوان با دقت زمانی میلیثانیه بر عملکرد پتانسیل عبوری از نورون نظارت کرد.
میدان الکتریکی باعث یونیزاسیون نقاط کوانتومی و به دنبال آن از بین رفتن اثر فوتولومینسانس نقاط کوانتومی میشود. یافتهها با این مفهوم سنتی که از بین رفتن اثر فوتولومینسانس نقاط کوانتومی به واسطهی اثر استارک (Stark effect) کوانتومی است در تضادند. اثر استارک با توجه به تقسیم و حرکت خطوط طیفی مولکولها و اتمها در حضور یک میدان الکتریکی رخ میدهد.
دلهانتی افزود: « خواص نورپایداری و حساسیت ولتاژ نقاط کوانتومی میتواند امکان تصویربرداری طولانیمدت که در حال حاضر و با استفاده از رنگهای آلی قابل دسترسی نیست را فراهم کند. »
