Nanomantar Sensörleri : Tek Materyal, Birçok Uygulama

Gerçek zamanlı olarak hücre çoğalmasını algılama potansiyeline sahip silikon dioksit kaynaklı ve altın kapaklara sahip nano ölçekli mantar benzeri yapıların üstündeki hücrelerin (mavi dağ benzeri şekilleri) şematik gösterimi. Credit: OIST

Bir posta pulu büyüklüğünde, küçük dikdörtgen pembe bir cam slayt Prof. Amy Shen’in masasında duruyor. Dışarıdan mütevazı görünümüne rağmen, bu küçük cam slayt, gıda kalitesinin izlenmesinden hastalıkların teşhisine kadar çok çeşitli proseslere sahiptir.

Slayt bir ' nanoplazmik malzemeden yapılmış. Yüzeyi milyonlarca altın nanoyapılar ile kaplanmış, her biri bir kaç milyar metre kare boyutundadır. Plazmik malzemeler ışığı ilginç yollarla emer ve saçar, onlara eşsiz algılama özellikleri kazandırır. Nanoplazmonik materyaller biyolojik bilimciler, kimyagerler, fizikçiler ve materyal bilim adamlarının ilgisini biyolojik algılama, veri depolama, ışık üretimi ve güneş pilleri gibi çeşitli alanlardaki olası kullanımları ile dikkat çekiyor.

Yakın tarihli birkaç makalede, Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsünde (OIST) bulunan Mikro / Bio / Nanofluidics Birimindeki Prof. Shen ve meslektaşları, canlı hücrelerdeki işlemleri izlemek için kullanılabilecek yeni bir biyolojik algılama malzemesinin oluşturulmasını anlattı.

Prof. Shen”Nanoplazmonik sistemin başlıca hedeflerinden biri, canlı hücrelerdeki süreçleri gerçek zamanlı olarak izlemek için daha iyi yollar bulmaktır.” dedi

Bu bilgileri yakalamak, hücre davranışı ile ilgili ipuçlarını ortaya çıkarabilir, ancak hücrelerin uzun süre hayatta kalabileceği, ancak ölçülmekte olan hücresel süreçleri etkilemeyeceği nanomalzemeleri yaratmanın bir zorluk olduğunu açıklar.

BÖLÜNEN HÜCRELERİ SAYMA

Ekibin yeni biyolojik sensörlerinden biri, tek bir substrat üzerinde çok sayıda hücre barındırabilen ve hücre çoğalmasını, hücre büyümesini içeren temel bir süreci gerçek zamanlı olarak izleyebilen bir nanoplazmonik materyalden yapılmıştır. Bu süreci harekete geçirmek, hücrelere ve dokuların sağlık ve işlevlerine ilişkin önemli bilgiler verebilir.

Materyalin en çekici özelliği, hücrelerin uzun süre boyunca hayatta kalmasına izin vermesidir.

Dr. Nikhil Bhalla. ” Genellikle canlı hücreleri nanomateryal üzerine koyduğunuzda, bu materyal toksiktir ve hücreleri öldürür” der. ”Bununla birlikte, materyalimizi kullanarak hücreler yedi günden fazla hayatta kaldı . ”

Malzeme sıradan bir cam parçasına benziyor. Ancak yüzey, silikon dioksit ve altın kapaklarından kaynaklanan küçük nanoplasmonik mantar benzeri yapılarda kaplanır. Bununla birlikte, moleküler seviyedeki etkileşimleri saptayabilen bir biyosensör oluştururlar. Biyo-sensör, nanomantar kapakları optik antenler olarak kullanır. Nanoplasmonik slayttan beyaz ışık geçtiğinde, nanomantarlar ışığın bir kısmını absorbe eder ve saçar ve özelliklerini değiştirir. Işık absorbansı ve dağılımı, nanomateryalin boyutu, şekli ve malzemesine göre belirlenir ve daha da önemlisi, nanomantar odasına yakın herhangi bir ortamdan etkilenir. Işık slaytın diğer tarafında ortaya çıktıktan sonra ışığın nasıl değiştiğini ölçerek araştırmacılar sensör yüzeyinde meydana gelen, hücre bölünmesi gibi işlemleri tespit edebilir ve izleyebilir.

” Normalde, hücrelere boyalar veya moleküller gibi etiketler eklemelisiniz, böylelikle bölünen hücreleri sayabilirsiniz "der Dr. Bhalla. Ama , yöntemimiz ile nanomantar odaları doğrudan onları hissedebilir. "

ÖLÇEKLENDİRME

Bu çalışma, OIST'deki Mikro / Bio / Nanofluidics Ünitesi'nde bilim adamları tarafından geliştirilen, nanomantar biyosensörlerin imalatı için geliştirilen yeni bir yöntem üzerine kuruludur. Büyük ölçekli nanoplazmonik materyallerin üretilmesi zor, çünkü materyal yüzeyinin tamamında tekdüzeliği sağlamak zordur. Bu nedenle, hastalık testi gibi rutin klinik muayene için biyosensörler hala eksiktir.

Bu soruna yanıt olarak, OIST araştırmacıları, büyük ölçekli nanomantar odalı biyosensörler oluşturmak için yeni bir baskı tekniği geliştirdiler. Yöntemleri ile 2.5 cm x 7.5 cm silikon dioksit altlığı üzerinde yaklaşık bir milyon mantar benzeri yapıdan oluşan bir materyal geliştirdiler.

” Tekniğimiz, bir damga almak, biyolojik moleküllerden yapılmış mürekkep ile kaplamak ve nanoplazmonik slaydın üzerine bastırmak gibidir.” Der Shivani Sathish. Biyolojik moleküller, maddenin hassasiyetini arttırır, yani antikorlar gibi maddelerin aşırı düşük konsantrasyonlarını algılayabilir ve böylece hastalıkları en erken evrelerde tespit edebilir.

"Metodumuzu kullanarak, tek molekülleri bile tespit edebilen oldukça hassas bir biosensör oluşturmak mümkündür" diyor Dr. Bhalla.

Plasmonik ve nanoplasmonik sensörler, elektronikten gıda üretimine, tıpta birçok alana kadar önemli araçlar sunar.

Örneğin, Aralık 2017'de, doktora öğrencisi olan Ainash Garifullina, üretim sürecinde gıda ürünlerinin kalitesini izlemek için yeni bir plasmonik malzeme geliştirdi. Sonuçlar, Analitik Yöntemler dergisinde yayınlandı.

Prof. Shen ve birimi gelecekte nanoplasmonik materyallerin, mikroakışkan cihazlardaki kablosuz sistemler gibi gelişmekte olan teknolojilere entegre edilebileceğini ve böylece kullanıcıların uzaktan okumalarını ve böylece kontaminasyon riskini en aza indirgemesini sağladığını söylüyor.

Journal Reference:

Nikhil Bhalla, Shivani Sathish, Abhishek Sinha, Amy Q. Shen. Large-Scale Nanophotonic Structures for Long-Term Monitoring of Cell Proliferation. Advanced Biosystems, 2018; 1700258 DOI: 10.1002/adbi.201700258

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180226181603.htm

Çeviren ve Derleyen: Merve Erman

#nanomantar #sensörleri #materyal #birçok #uygulama