ساخت حسگرهای قابل کاشت و تزریقی با نانولوله‌های کربنی

کاربرد حسگرهای بدن با قابلیت نظارت بر جریان خون، حرکت، دمای بدن و ضربان قلب بشدت در حال افزایش هستند؛ نانولوله‌ها یک انتخاب مناسب برای ساخت این حسگرها محسوب می‌شوند، چرا که می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که در تماس با مواد شیمیایی خاص در زیر نور مادون قرمز بدرخشند.

گروهی از محققان مهندسی شیمی MIT نسل جدیدی از حسگرها از جنس نانولوله های کربنی را ساخته‌اند که بررسی طیف وسیعی از عملکردهای بدن مانند سطح قند خون، در کنار هشدار در خصوص کیفیت هوا، وجود گازهای خطرناک یا سم را امکانپذیر می‌کند.

برای ساخت این حسگرها، نانولوله های کربنی در دی‌ان‌ای حساس به اکسید نیتریک پیچیده شدند؛ محققان دو نوع حسگر شامل یک حسگر قابل تزریق برای نظارت کوتاه‌مدت بر مشکلاتی مانند واکنش در حین جراحی و یک حسگر قابل کاشت را برای نظارت طولانی‌مدت بر مشکلاتی مانند سرطان، دیابت یا واکنش سیستم ایمنی به مفاصل مصنوعی ساختند.

برای ساخت حسگر تزریقی، یک پلیمر به نانولوله های پیچیده در دی‌ان‌ای متصل شد که مانع از جمع شدن آن در خون و جریان یافتن در ریه و قلب بدون ایجاد هرگونه آسیب می‌شوند.

این نانولوله‌ها در کبد موشهای آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار گرفت؛ زمانی که نانولوله‌ها در کبد موش قرار داشت، محققان اقدام به باز کردن شکم حیوان و تاباندن نور لیزر مادون قرمز بر روی اندام بدن کردند.

درخشش نانولوله‌ها در زیر نور مادون قرمز، حضور اکسید نیتریک را نشان می‌دهد؛ سلول از اکسید نیتریک برای نشان دادن التهاب در منطقه استفاده می‌کند و نانولوله‌های سازگار با سایر مواد شیمیایی می‌تواند در آینده برای وجود تومور مورد استفاده قرار بگیرد.

حسگر دیگری از نانولوله‌های جاسازی شده در ژل به بدن موش پیوند زده شد؛ با تاباندن پرتو لیزر مادون قرمز – که به لایه‌های نازک بافت نفوذ می‌کرد – حسگر فعال می‌شد.

با درخشش نانولوله‌ها، وجود اکسید نیتریک در کنار وجود التهاب مشخص می‌شد؛ این حسگرها بمدت 400 روز در بدن موش‌های آزمایشگاهی دوام داشتند.

گام بعدی محققان، تبدیل حسگرهای نانولوله کربنی به دستگاه پزشکی واقعی است؛ یکی از ایده‌های مطرح، استفاده از نانولوله‌ها برای سیگنال‌دهی پمپ انسولین است که در این روش حسگر در زیر پوست بیمار کاشته شده و سطح قند خون بیمار را بررسی می‌کند.

نانولوله‌ها زمانی که در معرض سطوح مشخصی از گلوکز قرار می‌گیرند، می‌درخشند و این نور پیامی را به پمپ برای شروع انتشار انسولین ارسال می‌کند.

نتایج این دستاورد در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.