Dual-beam scrolling interference pattern flow cytometry for high-throughput characterization of submicron sized particles Main article
تقدم هذه الورقة منصة قياس تدفق خلوي عالية الإنتاجية تستخدم نمط تداخل متدحرج ثنائي الحزمة للتغلب على قيود الحساسية، مما يتيح الكشف عن الجسيمات دون الميكرونية والتمييز بينها، بما في ذلك جسيمات الذهب النانوية التي يصل صغرها إلى 15 نانومتر، بمعدلات تصل إلى 750 جسيماً في الثانية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم النانو الخفي، حيث تكون الجسيمات أصغر من أن تُرى بالمجاهر العادية، يواجه العلماء تحديًا مستمرًا: كيف يمكن عدّها وقياسها بسرعة ودقة. هذه الذرات المتناهية الصغر، التي تتراوح ما بين الخرز الاصطناعي والحويصلات البيولوجية التي تحمل الرسائل بين الخلايا، تعد بالغة الأهمية لتطوير أدوية جديدة وفهم العمليات الحيوية. غالبًا ما تفرض الطرق التقليدية خيارًا صعبًا؛ فبعض التقنيات يمكنها رؤية الجسيمات الصغيرة جدًا ولكنها بطيئة ولا يمكنها تحليل سوى عدد قليل منها في المرة الواحدة، بينما يمكن لتقنيات أخرى عد آلاف الجسيمات في الثانية ولكنها تفتقر إلى الحساسية للكشف عن أي شيء أصغر من حبة رمل. وقد ترك هذا الفجوة الباحثين يكافحون لتوصيف الغالبية العظمى من الجسيمات الموجودة في نطاق ما دون الميكرون، مما حد من التقدم في مجالات تتراوح من إيصال الأدوية إلى المراقبة البيئية.
قام فريق من الباحثين في الجامعة التقنية في الدنمارك الآن ببناء نوع جديد من الأجهزة التي تسد هذه الفجوة، موفرةً وسيلة لرؤية وعدّ هذه الأجسام الصغيرة بسرعة عالية دون التضحية بالحساسية. يعمل جهازهم، وهو جهاز قياس التدفق الخلوي (flow cytometer)، عن طريق تسليط شعاعي ليزر عبر تيار من السائل الذي يحمل الجسيمات. وبدلاً من الضوء الثابت وغير المتغير، ابتكر الباحثون نمطًا متحركًا من الخطوط المضيئة والمظلمة، يشبه ستارة من الإضاءة المتدحرجة، والتي تمسح مسار الجسيمات. وبينما يتحرك الجسيم عبر هذا النمط، فإن الضوء الذي يشتته يومض بإيقاع دقيق وسريع. ومن خلال ضبط كواشفهم للاستماع فقط إلى هذا الإيقاع المحدد، يمكن للنظام تجاهل الضوضاء الخلفية المستمرة التي عادة ما تغمر مثل هذه الإشارات الضعيفة. وهذا يسمح للآلة بتمييز الجسيمات التي يصل قطرها إلى 15 نانومترًا، وهو حجم يكاد يكون من المستحيل على العدادات عالية السرعة القياسية اكتشافه.
اختبر الباحثون نظامهم الجديد باستخدام خرز ذهبي وبوليسترين بأحجام مختلفة، تتراوح من 15 نانومترًا حتى 500 نانومتر. وفي مقارنة مباشرة، أظهروا أنه عندما استخدمت الآلة شعاعًا واحدًا ثابتًا من الضوء، لم تتمكن من رؤية الجسيمات التي يقل حجمها عن 70 نانومترًا بشكل موثوق. ومع ذلك، عندما انتقلوا إلى نمط التمرير ثنائي الشعاع، حددت الأداة بوضوح الجسيمات التي يصل قطرها إلى 15 نانومترًا. حقق النظام هذا مع معالجة الجسيمات بمعدل يصل إلى 750 في الثانية، وهو سرعة تزيد بخمس مرات عن المحاولات السابقة عالية الدقة لقياس مثل هذه الأجسام الصغيرة. وقد تطابقت البيانات التي جُمعت من هذه التجارب بشكل وثيق مع التنبؤات النظرية لكيفية تشتت الضوء عن الجسيمات في هذا النوع المحدد من المجال الضوئي، مما أكد أن المبادئ الفيزيائية وراء التصميم تعمل تمامًا كما هو مخطط لها.
تتمثل إحدى المزايا الأكثر أهمية لهذا النهج في قدرته على التمييز بين أنواع مختلفة من الجسيمات بناءً على خصائص موادها، وليس فقط حجمها. ولأن نمط الضوء المتدحرج يخلق بصمة إشارة فريدة لكل جسيم، يمكن للنظام التمييز بين الخرز الذهبي والبلاستيكي حتى عندما يكونان بنفس الحجم. ويعد هذا تحسنًا كبيرًا عن الطرق الموجودة التي غالبًا ما تواجه صعوبة في التمييز بين المواد المختلفة في عينة مختلطة. كما أظهر الباحثون أن النظام يمكنه التعامل مع التركيزات العالية من الجسيمات دون أن تتكتل معًا أو تربك الكاشف، وهي مشكلة شائعة تجبر الأدوات الأخرى على العمل مع عينات مخففة للغاية.
بينما يستخدم النموذج الأولي الحالي نوعًا محددًا من إعدادات الليزر والعدسات، يشير المؤلفون إلى إمكانية تحسين هذه التكنولوجيا بشكل أكبر. فقد أجروا عمليات محاكاة أظهرت أن تغيير لون ضوء الليزر واستخدام عدسات أكثر قوة يمكن أن يجعل النظام أكثر حساسية، وربما يسمح له باكتشاف الجسيمات البيولوجية مثل الليبوزومات أو الحويصلات خارج الخلوية التي تشتت ضوءًا ضئيلًا جدًا. في الوقت الحالي، يعد هذا الجهاز بمثابة إثبات لمفهوم، حيث يوضح أنه من الممكن جلب قدرة العد عالية السرعة لقياس التدفق الخلوي إلى مقياس النانو. ومن خلال تحويل نمط تداخل بسيط إلى أداة كشف قوية، يقدم هذا العمل طريقة جديدة، خالية من الوسم (label-free)، لتحليل عالم ما دون الميكرون، مما قد يحل محل الحاجة إلى تقنيات قياس متعددة وأبطأ وأكثر تعقيدًا.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.