ابتكار ألياف بصرية تجذب الميكروبات – علوم : أخبار وفيديوهات

كيفية جمع شيء يكاد يكون من المستحيل اكتشافه؟ ركز عليه. وقد استرشد هذا المبدأ بالباحثين من جامعة أوساكا ميتروبوليتان، الذين طوروا تقنية فعالة ضوئيًا لجمع الميكروبات من المحلول.

العديد من البكتيريا الخطيرة مثل الإشريكية القولونية O157يمكن أن يؤدي إلى عواقب وخيمة حتى في حالات التعرض الصغيرة. يعد الكشف السريع عن الكميات الضئيلة من مسببات الأمراض أمرًا ضروريًا للتشخيص المبكر والوقاية من الأمراض. وهذا ما دفع علماء الفيزياء الحيوية اليابانيين إلى تطوير هذه التقنية.

الموصوفة في المجلة فيزياء الاتصالاتوتتيح هذه التقنية أيضًا تحديد الجسيمات النانوية وغيرها من الأجسام ذات الحجم الصغير والنانومتر التي يمكن أن تؤثر على الجهاز المناعي وتؤدي إلى تفاقم مسار المرض.

يقول البروفيسور إيدا تاكويا، الذي قاد الدراسة: “إن التقنيات التقليدية إما تستغرق وقتا طويلا، أو تتطلب معدات معقدة، أو تقتصر على جمع الأشياء فقط بالقرب من السطح أو في منطقة بؤرية ضيقة”.

يمكن أن تستغرق زراعة البكتيريا في المختبر عدة أيام، وحتى الاختبارات المناعية السريعة المعتمدة على الأجسام المضادة لا تزال تتطلب عدة ساعات. بحثًا عن بديل سريع وحساس، تحول العلماء إلى شيء له هذه الخصائص: الضوء.

لقد صنعوا أليافًا ضوئية ذات طبقة معدنية رقيقة تعمل كمصدر حرارة محلي. عندما يتم تطبيق شعاع الليزر على الألياف، يمتص الطرف المطلي بالذهب الضوء ويحوله إلى حرارة. يؤدي هذا التسخين الموضعي إلى تحرك السوائل وتكوين فقاعات مجهرية في الوسط المحيط. تؤدي هذه التأثيرات معًا إلى ظهور تيارات مارانجوني للحمل الحراري، وهي تيارات تحمل البكتيريا والجزيئات وتركزها بين الفقاعة ونهاية الألياف.

يقول إيدا: “على عكس الطرق الحرارية الضوئية التقليدية، التي تعمل بشكل أساسي في بعدين على طول السطح، يلتقط نظامنا الأجسام من جميع الاتجاهات داخل السائل”.

وبفضل هذا، يمكن جمع عدة آلاف إلى مئات الآلاف من البكتيريا أو الجسيمات الدقيقة من عينة بحجم 20 ميكرولتر في 60 ثانية فقط. وهذا أكثر فعالية بعشر مرات من الطرق التقليدية.

وأوضح البروفيسور: “لقد أظهرنا أن الدوائر الضوئية المعقدة ليست مطلوبة لتحقيق كفاءة تركيز عالية، وأن نهج الألياف الضوئية المدمج يمكن أن يحسن بشكل كبير جمع الجزيئات في الوسائط السائلة”.

ويخطط الباحثون لدمج تقنية التكثيف البصري هذه مع الأدوات التحليلية النهائية مثل الاستشعار البصري والتحليل الطيفي، واختبارها على نطاق أوسع من المواد والظروف.

وخلص عالم الفيزياء الحيوية إلى القول: “في النهاية، نهدف إلى إنشاء طريقة عالمية وموثوقة للتحليل السريع والحساس للعينات السائلة الصغيرة، وتسهيل التقدم في أبحاث التحليل الحيوي والرصد البيئي والتقنيات التحليلية ذات الصلة”.