آذر 1388 - زیست شناسی ناحیه 2 تبریز

آزمایشگاه بیوفیزیک غشا

آزمایشگاه بیوفیزیک غشا
نویسنده: سارا موسوی دوست، کارشناس ارشد بیوفیزیک

نانو لوله های کربنی از زمان کشف تا به امروز مشکلات بسیاری را حل کرده و در عین حال خود مسایلی را به‌وجود آورده است. اما به‌منظور استفاده بهینه از ویژگی‌های برجسته نانولوله‌ها دربسیاری از کاربری‌ها، امکان اعمال تغییرات در قطر نانو لوله ها یا خواص الکتریکی آنها کم است. در تحقیقی جدید با یک روش مقایسه‌ای امکان دسته بندی نانو لوله ها بر اساس قطر، بند گپ، و خاصیت فلزی/نیمه رسانایی با دقتی بی سابقه توصیف شده است. در سال 2005 گروهی به سرپرستی "‏Mark C. Hersam‏" از دانشگاه "‏Northwestern‏" یک روش جداسازی بر اساس اندازه را با استفاده از قرار دادن نانو لوله ها در پوششی از ‏DNA‏ تک رشته‌ای توصیف کردند. این ایده اولین بار توسط محققان "‏DuPont‏" در سال 2003 ارائه شد. نانو لوله‌های پنهان شده در پوشش ‏DNA‏ تک رشته‌ای با اولترا سانتریفوژ از یکدیگر جدا می‌شود. نانو لوله‌های پنهان شده در پوشش ‏DNA‏ تک رشته‌ای دارای قطر کمتر، شناورتر، و در نمونه سانریفوژ شده به‌راحتی قابل جداسازی است. اشکال این روش در اینجا است که بین نانولوله‌های فلزی و نیمه رسانا تمایزی قایل نمی‌شود، و در ضمن خذف کامل ‏DNA‏ به‌کار گرفته شده در این فرآیند هیچ گاه روشن نشده است. ‏

البته پوشش دادن نانولوله‌ها با ‏DNA‏ تک رشته ای خود فرآیندی پر هزینه است. در مطالعه حاضر محققان از تعدادی سورفاکتانت، آمفی فیلهای آنیونی- الکیلی یا نمکهای صفراوی، جهت کپسوله کردن نانولوله‌ها استفاده کردند. نانولوله‌هایی که قطر بزرگتری دارد با مولکولهای سورفاکتانتی بیشتری همراه که منجر به توزیع دقیق بر اساس نسبت دانسیته به اندازه می‌شود. جداسازی بر اساس چندین مرحله اولتراسانتریفوژ انجام می‌شود. از آنجا که سورفاکتانت‌ها 2000 بار از ‏DNA‏ سبک‌تر است جدا شده و ‏DNA‏ جای آنها را می‌گیرد. 97% از توده نانولوله‌ها در نوار باریکی به ضخامت 0.02 نانومتر تجمع می‌یابد. از آنجا که نانولوله های رشد یافته نسبت دو به سه دارد یعنی دو سوم نیمه هادی و یک سوم فلزی است با استفاده از دو سورفاکتانت که برای فضای موجود در نانولوله ها با هم رقابت می‌کند امکان جداسازی بر اساس خواص الکترونیک فراهم می‌شود. "‏Michael S. Arnold‏" توصیح می‌دهد که اختلاف موجود در نانولوله ها سبب اختلاف در اتصالات سورفاکتانت ها می‌شود که درجه خلوص را به بیش از 97% می‌رساند. بااین وجود موثرترین روش موجود تا به امروز به درجه خلوص 80% رسیده است. با استفاده از نانولوله‌های نیمه رسانای مجزا محققان لایه گیت را در ترانزیستورهای اثر میدان در ‏SiO2‎‏ را شکل داده‌اند. این تجهیزات با اعمال ولتاژبایاس تغییر مقاومتی بیش از 20000 بار را نشان می‌دهد در حالی‌که همین تجهیزات با نانولوله‌های کربنی تغییر مقاومتی کمتر از نصف این مقدار را نشان می‌دهد. این روش جداسازی جالب‌ترین روش موجود است از آنجا که ماهیتی ساده و ارزان دارد. در آینده سعی بر این است این روش در سانریفوژهای صنایع دارویی به‌کار گرفته شود.‏

نانولوله‌ها اعصابش را نشان می‌دهد
محققان دانشگاه ‏Delaware‏ روشی را توصیف کرده است که شبکه‌ای از نانولوله‌های کربنی در یک ماده کامپوزیت کار گذاشته می‌شود تا ساختاری شبیه به سیستم عصبی را شکل دهد. همانند مواد پیزوالکتریک خواص الکتریکی نانولوله ها مربوط به خواص مکانیکی آنها است که آنها را برای استفاده به عنوان حسگر های مکانیکی غیر فعال ایده‌آل می‌کند. تغییر تنش به صورت تغییر مقاومت الکتریکی بیان می‌شود. این گروه نشان دادند که انتشار نانولوله ها با تراکم پایین می‌تواند به عنوان گزارشگر مقاومت الکتریکی یکپارچگی کامپوزیت‌های فیبری به‌کار گرفته شود. مطالعه بر رویمواد کامپوزیتی فیبرهای شیشه ای که در یک ماتریکس اپوکسی کارگذاشته شده است تمرکز دارد. بنا به اظهارات "‏Erik T. Thostenson‏ " اندازه کوچک نانولوله‌ها در مقایسه با فیبرها یک مزیت است؛ که می‌تواند به فضای بین فیبرها نفوذ توزیع و یک شبکه رسانای نفوذ کننده ایجاد کند. یک روش غلتک‌زنی که بسیار ظریف کنترل می‌شود توزیع یکنواخت نانولوله‌ها را در ماتریکس اپوکسی تضمین می‌کند. بنابراین رسانایی کامپوزیت‌ها با به‌کارگیری حداقل نانولوله‌ها یعنی 50% وزنی قابل دست‌یابی است. سپس فیبر شیشه‌ای/ کامپوزیت‌های چند لایه‌ای ساخته شد که در لایه‌های اپوکسی نانولوله‌های چند دیواره‌ای منتشر بوده و هرکدام از این لایه‌های اپوکسی بین دو لایه از فیبرهای شیشه‌ای با ساختار غیر بافتی قرار داشت. به‌کارگیری بار قابل انبساط در یک نمونه 5 لایه یک جهته (که در آن سه لایه متناوب شیشه‌ای موازی با بار قرار گرفته‌اند) یک ارتباط خطی بین بار و مقاومت الکتریکی نمونه برقرار می‌کند. اگر لایه مرکزی را برای تا زدن ببریم افزایش پله ای مقاومت الکتریکی به دنبال بارگذاری در زمانی که لایه لایه شدن شروع و ادامه می‌یابد، دیده می‌شود. در یک نمونه واجد لایه‌های متقاطع که در آن جهت‌گیری لایه شیشه‌ای میانی عمود بر سر و ته لایه و جهت بار است، روشن شده است که مکانیسم شکست در لایه اوتوگونال ‏micro cracking‏ است. در نمونه مورد مطالعه گروه دانشگاه "‏Delaware‏" جهش مرحله ای در مقاومت الکتریکی وقتی ریزترک ها نیز شکل می‌گیرد‏، دیده می‌شود. حذف بار قابل انبساط و تکرار آزمایش شیب تغییر مقاومت با تنش بطور قابل توجهی بالاتر است. این به این معنا است که از نانولوله ها می‌توان جهت بررسی مستقیم سلامت ساختاری مواد کامپوزیت بهره جست. خمش غیر مسطح تعدادی از نمونه های متورق اثر نوسانات مقاومت الکتریکی در نقطه شکست فیبر را نشان می‌دهد که با رفتار مرحله‌ای در بارهای بالاتر دنبال می‌شود تا به نقطه تورق برسد. "‏Thostenson‏" بیان می‌دارد که او از حساسیت تکنیک نسبت به آستانه آسیب و توانایی تشخیص ماهیت آسیب شگفت‌زده شده است دو ویژگی که این تحقیق را برای صنعت قابل توجه می‌سازد.‏

طرح یابی سطح‏
محققان دانشگاه "‏Northwestern‏" و دانشگاه "‏Illinois‏" در "‏Urbana-Champaign‏" و "‏NanoInk‏" از طریق ساخت 55000 آرایه قلمی که می‌تواند بر روی سوبستراهای شیشه‌ای یا طلا با استفاد از جوهر 1-اکتادکان تیول ‏‎(ODT)‎‏ طرح هایی را بسازد. آرایه ها شامل سگدستی از جنس ‏Si3N4‎‏ پوشش داده شده با طلا است که در یک انتها دارای نوکی تیز بوده به عنوان قلم به‌کار گرفته می‌شود تا الگوهای سطحی را در مقیاسی کلان به‌طور موازی بسازد. آرایه ها مساحتی حدود 1سانتی متر مربع را با سگدستی که 90 میکرون در جهت محور ‏x‏ و 20 میکرون در جهت محورy ‎‏ سازمان می‌یابد و نسبت به سر اسکنر میکروسکوپ نیروی اتمی به‌وسیله یک رزین اپوکسی در جای خود قرار می‌گیرد. بر خلاف تصویربرداری با میکروسکوپ‌های نیروی اتمی، ساختار سگدست خمیده بوده و ‏tip‏ دارای نوک بزرگی است تا هر اختلافی در الگوی سطحی در طی اسکن مورد بررسی قرار بگیرد. "‏Chad A. Mirkin‏" از دانشگاه "‏Northwestern‏" می‌گوید روشی کشف کرده است که آرایه‌هایی می‌سازد که شامل بیش از 1 میلیون سگدست است. این بخش آسان کار است. مشخص شده است که چگونه بر مشکلات ناشی از اختلاف که از دیر باز در لیتوگرافی ها موجود بوده غلبه شده است که اکنون نانوساختارهایی تولید شده که با استفاده از فن‌آوری مرسوم میکروسکوپ نیروی اتمی برای مساحتهای وسیع می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. تصاویر پیچیده تر از نقاط با استفاده از یک سیستم نرم افزاری قابل تولید است. 55000 نسخه ازتصویر توماس جفرسون در 30 دقیقه با نگهداشتن پروب به مدت 0.08 ثانیه در تماس با سوبسترا و گذر بین نقلط خاص با سرعت اسکنی معادل با 60 میکرون بر ثانیه قابل تولید است.

‏
فتولیتوگرافی راه الگوهای مهاجرتی را هموار می‌کند
توانایی سازمان دادن خواص ترابری اسکلتهای زیست سازگار با آینده مهندسی بافت و انتقال داروها بسیار مرتبط است. در این راستا تیمی از دانشگاه "‏Rice‏" به رهبری "‏Jennifer L. West‏" الگوهای زیست فعال سه بعدی پیچیده‌ای را در هیدروژلها تولید کرده است که از لیتوگرافی جذبی یک یا دو فوتون اسفاده می‌کند. در مهندسی بافت عامل محدود کننده تولید شبکه ‏‎ Microvascular‎‏ و ترجیحا شبکه معینی با ورودی ها و خروجی های مشخص و قابل استفاده است. محققان ازهیدروژلهای پلی اتیلن گلیکول دی آکریلات به عنوان اسکلتهایی که زیست سازگار بوده و در عین حال به جذب پروتئین مقاوم است، استفاده می‌کنند. پپتید فلورسانس ‏ACRL-PEG‏ یا محلولهای ‏PEGDA‏ با اوزان مولکولی پایین شامل ‏photoinitiator‏ هایی است. آکریلات به نواحی خاصی از ژل ملحق می‌شود که با نور ماورابنفش فلورسانس دارد. و دانسیته لینک‌های متقاطع را تغییر می‌دهد. اگرچه پژوهشگران دریافته‌اند که ‏SPA‏ در الگوبندی سریع ژلها بسیار موثر است اما تولید خصوصیات کاملا یکسان در برش عرضی محوری محدودیتهایی دارد. برای غلبه بر این محدودیتهای ‏SPA‏ این گروه ‏TPA‏ فوتولیتوگرافی را با استفاده از همان سیستم هیدروژلی بررسی کردند. ابتدا الگوی مجازی بر روی ژل با استفاده از نرم افزار "‏Laser Scanning Microscope‏" تولید و طرح به‌وسیله تابش در 720 نانومتر تولید شد. تغییرات نهایی در سطح کانونی می‌تواند برای تولید الگویی که ابعادی نامنظم دارد مورد استفاده قرار بگیرد. تغییر گرادیانت‌های بیومکانیکی مشخص شده که آرایش سلولی و تحرک آنها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. که فرآیندی بسیار مهم در مراحل تکوین جنینی است. این مطلب در تحقیقی بر روی سلولهای ‏HT-1080‎‏ فیبرئسارکومای انسانی مورد مطالعه قرار گرفت. اطلاعات به‌دست آمده با میکروسکوپ ‏confocal‏ از یک کشت 4 هفته‌ای نشان داد که سلولهای ‏HT-1080‎‏ بر روی نواحی الگو بافته ای از ژل مهاجرت می‌کند. این امر تاثیر گرادین‌های مختلف را بر روی آرایش سلولها نشان می‌دهد. برای تولید ساختارهای سه بعدی در هیدروژلها می‌توان از ‏two photon laser scanning lithography ‎‏ استفاده کرد. به این ترتیب سلولها تناه بر روی نواحی که دارای طرح است مهاجرت می‌کند.

ارسال شده در 88/9/29:: 10:40 عصر توسط علی اکبر رحیملوی مرجانی

[ نظر]

نکاتی در باره ام آر ای

روشی است که می‌توان با کمک گرفتن از آن تصاویر بسیار دقیق و واضحی از اندامهای درون بدن بدست آورد . MRI مخفف کلمه لاتین Magnetic Resonance Imagingبه معنی تصویر برداری با تشدید مغناطیسی می باشد .

MRI روشی است که در حدود 50 سال از عمر آن می گذرد. ولی در این مدت پیشرفت‌های بسیاری کرده و جوایز نوبل متعددی به این موضوع تعلق گرفته‌است. برای مثال جایزه نوبل پزشکی سال 2003 به پاول لاتربر و پیتر منسفیلد به خاطر کار بر روی MRI تعلق گرفت. پاول لاتربر نشان داد که به کار بردن گرادیان در میدان مغناطیسی ایجاد تصویرهای دو بعدی را ممکن می سازد. وی در سال 1973 توضیح داد که چگونه با اضافه کردن گرادیان مغناطیسی به آهنربای مرکزی امکان آشکارسازی مقطع عرضی لوله‌ای که در آن آب معمولی وجود دارد و با آب سنگین احاطه شده‌است، ممکن می‌شود. هیچ روش تصویر برداری نمی‌تواند بین آب سنگین و آب معمولی فرق قائل شود.

پیتر منسفیلد گرادیان را در میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار داد تا بتواند به طور دقیق تفاوتهای تشدید را نشان دهد. این قدم اصلی برای ایجاد یک روش کاربردی تصویرسازی بود. همچنین وی نشان داد که چگونه با تغییر سریع گرادیان می‌توان به سرعت تصویر بدست آورد ، که به این روش Echo-Planer scaning می‌گویند. این روش در دهه اخیر در کاربردهای بالینی مفید بوده ‌است. تعدد در جوایز نوبل مربوط به MRI اهمیت این موضوع را به خوبی نشان می دهد. این روش ، تصاویری با دقت بالا از اندامهای بدن فراهم می کند و امروزه به میزان زیادی در دنیا کاربرد دارد و می تواند جایگزین روشهای قبلی شود. زیرا با توجه به دانش امروزه ما هیچ عارضه جانبی ندارد.

بطور عمده بدن انسان از آب و چربی تشکیل شده‌است. آب 3/2 وزن بدن را شامل می شود و دارای دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن در هر مولکول است. مولکولهای چربی نیز به مقدار زیادی هیدروژن دارند. به طور کلی مقدار اتم هیدروژن بدن تقریبا 63 درصد است. و این اتم که مقدارش بیشتر از دیگر عناصر است، دارای سیگنال MRI می باشد. از آنجایی که بین محتوای آب اندامها و بافتها تفاوت وجود دارد، و همچنین در خیلی از بیماریها روند آسیب رسانی منجر به تغییر در محتوای آب می شود، این روش تصویر برداری بطور وسیع در پزشکی بکار برده می شود.

دستگاه MRI لوله‌‌ای است که بوسیله آهنربای دایره‌ای شکل دواری احاطه شده است. این آهنربا میدان مغناطیسی ایجاد می کند. در اینجا موج رادیویی با طول موجهای متفاوت سطح نمونه را جاروب می کنند. انتهای نمونه با جذب انرژی از موج رادیویی هم فرکانس با چرخش آنها ، به حالت انرژی بالاتری می روند و در راستای میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند.

با قطع میدان این هسته ها به حالت اولیه خود برمی گردند. در این هنگام است که از ماده امواج الکترومغناطیسی با بسامد رادیویی تابش می شود که توسط سیم پیچی که به آن کویل می گویند، دریافت انجام می‌شود. این سیم امواج دریافتی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. سپس این جریانها تقویت می‌شوند و به عنوان سیگنالهای MRI به رایانه داده می‌شود. رایانه با استفاده از سیستم تبدیلی به نام تبدیل فوریه این داده ها را به تصویر تبدیل می‌کنند. این تصویر بسیار دقیق است و تغییرات بسیار کوچک را نیز می‌تواند نشان دهد.
نحوه تصویربرداری
فردی که قرار است با این روش مورد تصویربرداری قرار گیرد نباید هیچ شی فلزی مانند ساعت ، انگشتر ، مفصل مصنوعی و .... داشته باشد. و یا شی فلزی در نزدیکی دستگاه MRI قرار گیرد ، زیرا میدان مغناطیسی روی این مواد فرومغناطیسی اثر گذاشته و نه تنها باعث تداخل در امر تصویربرداری می شود، بلکه می تواند به خود فرد نیز آسیب برساند به همین دلیل است که دستگاه MRI را در اتاق‌های ویژه‌ای قرار می دهند. این اتاقها نسبت به امواج الکترومغناطیسی نفوذناپذبرند. در نتیجه امکان ورود یا خروج برای این امواج وجود ندارد. به علاوه لباس مخصوصی را تن بیمار می‌کنند که هیچ قسمت فلزی نداشته باشد.
آخرین و پیشرفته ترین دستگاه MRI در دنیا، دستگاه 1.5تسلا است که خوشبختانه بطور محدود به کشور نیز وارد شده است. این دستگاه دقت، قدرت و سرعت بسیار بالایی دارد.
ام.آر.ای ?‎/? تسلا (باز) نیز از دقت بالایی برخوردار است و با استفاده از آن می توانیم بیمارانی را که باردارند یا جثه بزرگی دارند وامکان تست آنان با دیگر دستگاههای MRI وجودندارد تست کنیم. همچنین با استفاده از این دستگاهها، امکان تست بیمارانی که فلز در بدنشان است فراهم می آید.»

در حین عمل تصویربرداری فرد باید آرام باشد. به این منظور می‌توان یک آرام بخش ملایم به وی داد. سپس او را روی تخت خوابانده و از وی می‌خواهند که به طور عادی نفس بکشد. بعد از اینکه فرد در دستگاه قرار گرفت، محل مورد تصویربرداری را با نور مشخص می کنند و اسکن کردن شروع می‌شود. در فواصل زمانی که اسکن کردن قطع می‌شود وی می‌تواند قدری حرکت کند ، ولی نه آنقدر که از محل مورد نظر جابجا شود. شخص در طول اسکن می‌تواند از طریق دکمه‌ای که در اختیار او قرار داده‌اند به مسئولین اطلاع ‌دهد، و اسکن کردن متوقف ‌شود. بعد از اتمام کار اطلاعات تصویری به رایانه‌ای داده می‌شود و رایانه با بررسی اطلاعات ، تصویری ایجاد می کند که روی فیلم منعکس می‌شود.

موارد کاربرد

امروزه M.R.I در تشخیص بسیاری از بیماریها و ضایعات اعضاء مختلف بدن به کار می رود .
از این روش می‌توان برای تشخیص ، درمان و دنبال کردن مسیر بیماری استفاده نمود. مثلا تمام ناهنجاریهای مغز و نخاع به وسیله MRI نشان داده می‌شود. با این روش می‌توان تشخیص داد که درد کمر به علت درد عضله است و یا به علت فشار روی عصب می‌باشد. همچنین در درمان و تشخیص و روند توسعه سرطان از این روش استفاده می‌شود. موارد کاربرد MRI بسیار زیاد است که در این جا فقط چند نمونه ذکر می شود:

MRI-1 مغز: M.R.I در بررسی مغز و نخاع و چشم ، گوش و بسیاری از دیگر اعضاء موجود در ناحیه سر و گردن به کار می رود . باید یادآور گردید که نخستین بار از این روش در برررسی مغز و نخاع استفاده شد و M.R.I به میزان زیادی به یاری متخصصین و جراحان مغز و اعصاب آمد . از این روش در تشخیص پارگی و جابجایی دیسک های بین مهره های ستون فقرات ، صدمات و تومورهای نخاع ، تومورهای مغز ، خونریزی ها و به خصوص سکته های مغزی استفاده می شود . در برخی موارد خاص که تشخیص آن برعهده پزشک معالج شماست ، ممکن است نیاز به استفاده از ماده گادولینیوم جهت تصویربرداری در روش M.R.I باشد .
در این نوع تصویربرداری، تصاویر کاملا تفکیک‌شده‌‌‌‌ای از بخش‌‌‌‌های مختلف مغز گرفته می‌‌‌‌شود. وضعیت بیماران مبتلا به سردرد حمله‌‌‌‌ای و ناگهانی؛ ضعف و دوبینی، با MRI مغز قابل بررسی است. MRI مغز برای تکمیل تصویربرداری به وسیله سی‌‌‌‌تی‌اسکن و در مواردی نامشخص بودن تصاویر دریافتی به وسیله سی‌‌‌‌تی‌اسکن نیز استفاده می‌‌‌‌شود.
2- MRI ستون مهره‌‌‌‌ها: معمولا برای بررسی بیرون‌زدگی یا تورم غیرعادی دیسک،‌ تنگ شدن و ناراحتی کانال میانی ستون مهره‌‌‌‌ها کاربرد دارد. علاوه بر این، این نوع تصویربرداری بهترین شیوه برای بررسی وضعیت آسیب‌‌‌‌ها و مشکلات عودکننده (بازگشت‌کننده) ستون مهره‌‌‌‌ها در بیمارانی است که مورد عمل جراحی ستون مهره‌ها قرار گرفته‌‌‌‌اند.
MRI-3 استخوان و مفصل‌‌‌‌ها: در این نوع تصویربرداری، وضعیت تمام استخوان‌‌‌‌ها و مفصل‌ها، حتی بافت‌‌‌‌های نرم به ویژه بخش‌‌‌‌های متصل به آن‌‌‌‌ها قابل‌بررسی است. وضعیت تاندون‌ها، رباط‌‌‌‌ ها، عضلات، غضروف‌‌‌‌ها و آسیب‌های احتمالی استخوان‌‌‌‌ها نیز با این تصویربرداری مورد بررسی قرار گیرد.
MRI-4 حفره شکم: معمولا زمانی که استفاده از سی‌‌‌‌تی‌اسکن و اولتراسون پاسخ‌گوی نیاز پزشک برای تشخیص بیماری نباشد، از MRI حفره شکم برای بررسی دقیق وضعیت اندام‌‌‌‌های درونی حفره‌شکم استفاده می‌‌‌‌کنند. شاخص‌‌‌‌ترین کاربرد MRI حفره شکم، بررسی وضعیت کبد، غدد فوق کلیه و پانکراس است.
MRI- 5ویژه دستگاه گردش خون:MRA ، MRI ویژه دستگاه گردش خون و بررسی وضعیت قلب و رگ‌‌‌‌هاست. رگ‌‌‌‌های مرتبط با گردن (کاروتید) و مغز نیز با این نوع MRI بررسی می‌‌‌‌شوند. برای بررسی وضعیت رگ‌‌‌‌های محوطه شکم، به ویژه رگ‌‌‌‌های مرتبط به کلیه‌‌‌‌ها نیز از MRA استفاده می‌‌‌‌کنند. سام.آر.آی تصویربرداری به شیوه تشدید مغناطیسی با MRI ، شیوه دیگری برای تصویربرداری از اندام‌‌‌‌ها و بافت‌‌‌‌های درونی بدن با کمک امواج مغناطیسی و امواج رادیویی است.