مورچه‌های میکروسکوپی روی ریزتراشه‌ها

محققانی از دانشگاهMIT ، بوستون و چند محقق آلمانی سیستم جدیدی ساخته‌اند که به‌زودی می‌توان از آن برای به حرکت درآوردن ریزذرات درون ریزتراشه‌ها بهره برد. این سیستم از قابلیت‌های خیره‌کننده‌ای برخوردار است که بی‌تردید مهم‌ترین آنها قابلیت سر‌هم شدن خودکار آن است. محققان این سیستم را به نوعی ساخته‌اند که می‌توان آن را از طریق نرمافزار رایانه‌ای کنترل کرد. با استفاده از این فناوری نوین می‌توان ذراتی تا 100 برابر ریزحامل‌های موجود در آن را حمل کرد. این فرآیند دقیقا مشابه وضعیت شگفت‌انگیزی است که در طبیعت و در توده‌های خاکی دیده می‌شود؛ جایی که دسته‌های بزرگی از مورچه‌ها انبوهی از بارهای سنگین را حمل می‌کنند. تحقیقات نشان داده‌اند که این مورچه‌ها می‌توانند تا ده‌ها برابر وزن خود، اشیای مختلف را حمل کنند. اما دانشمندان این پروژه از ارائه چنین سیستمی چه هدفی را دنبال می‌کنند؟ به گفته یکی از آنها، هدف اصلی این است که دریچه‌های تازه‌ای به روی دانشمندان گشوده شود تا بتوان درک کرد چگونه سلول‌ها و سایر ریزترکیبات در بدن انسان جابجا می‌شوند؟

در سراسر بدن انسان ریزمیله‌هایی که شباهت زیادی به موی انسان دارند و به آنها به اصطلاح «مژگان» گفته می‌شود وجود دارند که نقش حیاتی در زنده ماندن و ادامه حیات افراد ایفا می‌کنند. این ریزمیله‌ها در اندام‌هایی نظیر نای و روده وجود دارند و وظیفه دارند تا ریزذرات و ترکیبات مختلف را به شیوه‌ای موثر جابجا نمایند. کاری که این ذرات انجام می‌دهند بی‌شباهت به کار طاقت‌فرسایی نیست که مورچه‌‌ها در دل طبیعت برای ذخیره‌سازی مواد غذایی انجام می‌دهند. فناوری نوینی که از سوی محققان این پروژه مشترک ارائه شده است نیز دقیقا با الهام گرفتن از این ریزمیله‌ها بوده و به گفته آنها مکانیسم نهفته در آن نیز کاملا مشابه همان ریزمیله‌هاست. محققان از این مکانیسم دقیق برای به حرکت درآوردن و جابجا ساختن ریزذرات درون ریزتراشه استفاده کرده‌اند. این پروژه و پروژه‌هایی از این دست برای عرصه‌های گوناگونی از علوم نوین از اهمیت زیادی برخوردارند. دستیابی به این امکان که بتوان ریزذرات و ترکیبات را درون یک ریزتراشه آن هم با دقت بالا جابجا کرد از جمله آرزوهای محققان علوم زیست شناسی بوده است، جایی که می‌توان از آن برای هر هدفی، از غربال سازی زیستی گرفته تا نظارت و کنترل آلاینده‌ها استفاده کرد.

در سال‌های اخیر فناوری ریزتجهیزات مدرنی که در محیط‌های مایع به کار گرفته می‌شوند با پیشرفت‌های خیرهکننده‌ای همراه بوده است با این حال طراحی پیچیدگی‌هایی که در طراحی ساختاری آنها وجود داشته است که مستلزم به‌کارگیری ریزکانالها، شیرها و پمپ‌های مخصوص است از یک سو و فقدان فناوری‌های مورد نیاز برای ایجاد انعطاف لازم در ساختار آنها از سوی دیگر، موانع زیادی بر سر توسعه همه‌جانبه آنها ایجاد کرده است. اما در این فناوری نوین بسیاری از این موانع برطرف شده است.

این سیستم جدید از سطح قابل قبول کنترل‌پذیری برخوردار است، زیرا حرکت ریزذرات در ریزتراشه از طریق نرم افزار و بهره گرفتن از یک میدان ساده مغناطیسی امکانپذیر می‌شود. این دستاوردی حیرت‌انگیز و جذاب است که از سوی محققان دانشگاه MIT که سهم زیادی در به سرانجام رسیدن آن داشته‌اند به عنوان آغازگر ایجاد تحول در ریزسیستم‌های شناسایی کننده زیستی یاد شده است. در این فناوری نوین از ریزتخت‌های (حامل‌ها) ابرمغناطیسی استفاده شده است که در حقیقت ریزحامل‌های مبتنی بر پلیمرهایی هستند که در آنها از مواد مغناطیسی استفاده شده است. هنگامی که از میدان مغناطیسی استفاده می‌شود حامل‌های یاد شده زنجیره خودکار کوتاهی را تشکیل می‌دهند که خیلی زود به چرخش درمی‌آیند و جریان‌هایی را تولید می‌کنند که به‌‌راحتی می‌توانند ذرات به مراتب بزرگ‌تر از خود را به راحتی حمل کنند، برآورد شده است که این حامل‌ها می‌توانند ذراتی به بزرگی تا 100 برابر خود را حمل کنند. این میدان مغناطیسی موجب می‌شود تا زنجیره‌های شکل گرفته به چرخش درآمده و در مسیر مورد نظر محققان حرکت آرامی داشته باشند. در نتیجه جریانی هدفدار شکل می‌گیرد که در آن می‌توان انبوهی از ریزذرات را به‌‌راحتی و در فضای بسیار کوچک همچون یک ریزتراشه جابجا کرد.

به نظر می‌رسد که به دلیل پیشرفت‌های چشمگیری که در این زمینه صورت گرفته و دسترسی به فناوری‌های مرتبط، رسیدن این فناوری نوین به فاز عملیاتی و در ادامه کاربردی تا یک سال آینده عملی باشد. محققان این پروژه از هماکنون روی توسعه همه جانبه آزمایشات مربوط به این حامل‌ها هستند تا حتی امکان حمل ذرات به مراتب بیشتر را نیز فراهم کنند. اما آنها به موازات این آزمایشات، بررسی مکانیسم جابجایی ریزذرات و ترکیبات در بدن انسان را نیز دنبال می‌کنند تا نتیجه نهایی کار کاملا رضایتبخش باشد. البته استفاده از این فناوری در موارد پزشکی به انجام آزمایش‌های طولانی مدتی بستگی دارد که شاید تا 5 سال زمان ببرد.

محققان این پروژه تخت‌ها (ریز حامل‌ها) را همچون مورچه‌های میکروسکوپیکی و خودکاری عنوان می‌کنند که همچون نمونه‌های واقعی و موجود در طبیعت، ریزاجسامی را با خود جابجا می‌کنند که ممکن است تا 100 برابرشان وزن داشته باشد. الهام گرفتن از مکانیسم طبیعی موجود در بدن انسان این اطمینان خاطر را به محققان پروژه داده است تا کاربردی شدن آن در عرصه‌های مختلف علوم نوین از جمله زیست‌شناسی و حتی صنایع الکترونیک چندان دور از ذهن نباشد. با تکیه بر ریزتراشه‌هایی که چنین حامل‌هایی را در خود دارند می‌توان با کیفیت و دقت بهتری فرآیندهای زیستی درون بدن را زیر نظر گرفت. اما استفاده از این فناوری در صنایع الکترونیک‌سازی نیز از جمله اهداف بلندمدت محققان است، جایی که می‌توان با به‌کارگیری نسل جدید و متحول شده‌ای از ریزتراشه‌ها، میانبرهای زیادی در مدارهای الکترونیکی ایجاد کرد و در عین حال آنها را برای به کارگیری در موارد خاص، منطبق‌تر از گذشته کرد.

از هماکنون شرکت‌های بزرگی که در زمینه فناوری‌های مرتبط با علوم زیستی و صنایع الکترونیک به عنوان غول شناخته می‌شوند تمایل خود را برای به کارگیری این فناوری نوین در محصولات آینده خود اعلام کرده‌اند. به عقیده محققان با ورود این نوع ریزتراشه‌ها به تدریج باید با تراشه‌هایی که هم اکنون نبض دنیای الکترونیک را در دست گرفته‌اند خداحافظی کرد.

منبع:‌ giz mag‌
فاطمه پورمزرعه