اخبار داخلی دانش و فناوری استفاده از فناوری نانو در "ابزارهای حفاظت از حیات"

چهارشنبه 28 تير 1396

استفاده از فناوری نانو در "ابزارهای حفاظت از حیات"

محققان ابزارهای حفاظت از حیات را با استفاده از لیزر و ذرات نانو طلا متحول کردند.

نتایج این مطالعه سرماداری دارای پیامدهای فراوانی برای حفاظت از حیات وحش و سلامت انسان است.
محققان به مدت بیش از 60 سال، تلاش کرده اند تا جنین گورخرماهی را که یک گونه و یک مدل پزشکی مهم برای سلامت انسان است با موفقیت فریز یا سرماداری کنند.
سرماداری یا انجماد فرایندی است که طی آن یاخته‌ها یا بافت‌ها از طریق سرمایش زیر صفر نگهداری و حفاظت می‌شوند. دماهای بکار رفته معمولاً پیرامون منفی 80 درجه سانتی گراد یا منفی 196 درجه سانتیگراد است(یعنی نقطه جوش نیتروژن مایع).
در چنین دماهای پایینی همه فعالیت‌های زیستی حتی فعالیت‌های زیست-شیمیایی که به مرگ یاخته‌ها می‌انجامد باز می‌ایستد. البته یاخته‌های سرماداری شده(منجمد) اغلب به هنگام ذوب در دمای اتاق آسیب می‌بینند.
در یک مطالعه جدید، محققان دانشگاه مینه‌سوتا و موسسه زیست‌شناسی حفاظت اسمیتسونیان(SCBI) اولین شواهد تجدیدپذیر برای فریز کردن موفقیت آمیز جنین گورخرماهی را ارائه کردند.
یکی از محققان این پژوهش اظهار کرد: شکی نیست که استفاده از این فناوری به این شکل، یک تغییر پارادایم برای حفاظت از بسیاری از گونه‌های حیات وحش است.
در اینجا ما پژوهشی را با یک ترکیب منحصر به فرد از زیست‌شناسی و تکنولوژی مهندسی هیجان‌انگیز را برای انجام آنچه قبلا غیرممکن بود ایجاد کرده‌ایم تا با موفقیت یک جنین ماهی را به طور کامل فریز کرده و مجددا گرم کنیم تا جنین به جای از بین رفتن شروع به رشد کند.
محققان در این پژوهش مواد مخصوص سرماداری را با نانوذرات طلای پلاسمونیک به جنین گورخرماهی تزریق کردند تا به عنوان جاذب لیزر عمل کند.این کار سبب شد تا جنین‌ها در زمانی کمتر از یک ثانیه سرد شوند.
آنها سپس برای گرم کردن نانوذراتی که در درون این جنین‌ پخش شده و گسترش یافته بود، از پرتو لیزر استفاده کردند.
اگرچه دانشمندان موفق نشدند تا تمام این جنین‌ها را با استفاده از روش جدید احیا کنند، اما موفق به بازگردانی تعداد زیادی از آنها شدند که به ادعای آنها این کار قبلا غیرممکن بود.
نکته جالب توجه اینجاست که قلب، عضلات و سایر اندام این جنین پس از گذشت 24 ساعت از زمان احیا، مجددا شروع به رشد کرد.
با انجماد اسپرم، تخمک و جنین، متخصصان حفاظت از این گونه‌ها می‌توانند گونه‌های در معرض خطر و تنوع ژنتیکی آن‌ها را حفظ کنند.
گرچه دانشمندان به طور موفقیت آمیز تاکنون توانسته‌اند جنین بسیاری از گونه‌های پستاندار و اسپرم بسیاری از گونه‌های ماهی را تاکنون حفظ کرده‌اند، اما سرماداری جنین‌های ماهی دارای پیچیدگی‌های منحصر به خود است زیرا به دلیل بزرگ بودن جنین و محتویات نطفه این کار به سختی انجام می‌شده و اغلب طی این فرآیند دچار آسیب شده است.
در سرماداری موفقیت آمیز جنین نیاز به سرد کردن جنین تا حالت پایدار یخ زدگی بوده و سپس باید آن را با سرعت بیشتر از فرایند سرد شدن، با استفاده از یک ضد یخ(کرایوپروتکتنت) برای جلوگیری از رشد کریستال‌های یخ گرم کرد.
مواد سرماداری یا کرایوپروتکتنت، به مواد شیمیایی گفته می‌شود که آسیب سلولی را در طی فرآیند انجماد و یخ‌گشایی به حداقل می‌رساند.
جنین‌های ماهی، خیلی بزرگ هستند به همین دلیل گرم کردن آنها به منظور جلوگیری از پیشرفت کریستال یخ، امری دشوار است. علاوه بر این، به دلیل اینکه حیوانات آبزی نیاز به زنده ماندن در محیط های خشن دارند، غشاهای جنینی آنها عمدتا غیرقابل نفوذ هستند و مایع کرایوپروتکتنت را بلوکه می‌کنند.
این تحقیق در ACS Nano، یک مجله علمی پیشرو که توسط انجمن شیمی آمریکا به چاپ می‌رسد، منتشر شده است.