Một nghiên cứu mới có thể cho phép các nhà khoa học tạo ra người máy ở quy mô tế bào, nhờ vào MIT Media Lab để thiết kế một ăng-ten thu nhỏ có thể hoạt động không dây bên trong tế bào sống. Điều này có thể có các ứng dụng trong chẩn đoán y tế, điều trị và các quy trình khoa học khác do ăng-ten có tiềm năng theo dõi và chỉ đạo theo thời gian thực. hoạt động tế bào.
Các nhà khoa học đặt tên cho công nghệ này là Cell Rover. Nó đại diện cho sự trình diễn đầu tiên về một ăng-ten có thể hoạt động bên trong tế bào và tương thích với các hệ thống sinh học 3D.
Deblina Sarkar, trợ lý giáo sư và Chủ tịch Phát triển Nghề nghiệp AT&T tại Phòng thí nghiệm Truyền thông MIT và là người đứng đầu Phòng thí nghiệm Biotrek Nano-Điều khiển học, cho biết: “Các giao diện điện sinh học điển hình có kích thước milimet hoặc thậm chí centimet và không chỉ có khả năng xâm lấn cao mà còn không cung cấp độ phân giải cần thiết để tương tác không dây với các tế bào đơn lẻ - đặc biệt khi xem xét rằng những thay đổi đối với ngay cả một tế bào cũng có thể ảnh hưởng đến toàn bộ sinh vật.”
Kích thước của ăng-ten mới được phát triển nhỏ hơn nhiều so với một tế bào. Ăng-ten chiếm ít hơn 05% thể tích tế bào trong nghiên cứu về tế bào trứng. Nó chuyển đổi sóng điện từ thành sóng âm, có bước sóng nhỏ hơn năm bậc độ lớn, biểu thị vận tốc âm thanh chia cho tần số sóng - so với sóng điện từ.
Các ăng-ten thu nhỏ được chế tạo bằng cách sử dụng một chất gọi là từ giảo để đạt được sự chuyển đổi từ sóng điện từ sang sóng âm. Các miền từ trong vật liệu từ giảo thẳng hàng với từ trường khi một từ trường được áp dụng cho ăng-ten, cấp nguồn và kích hoạt nó. Điều này gây ra sự căng thẳng cho vật liệu, giống như cách các sợi kim loại dệt thành vải có thể phản ứng với một nam châm cực mạnh bằng cách xoắn lại.
Baju Joy, một sinh viên trong phòng thí nghiệm của Sarkar và là tác giả chính của tác phẩm này, cho biết: “Khi một từ trường xen kẽ được áp vào ăng-ten, biến dạng và ứng suất (áp suất) khác nhau được tạo ra trong vật liệu là nguyên nhân tạo ra sóng âm trong anten. Chúng tôi cũng đã phát triển một chiến lược mới sử dụng từ trường không đồng nhất để đưa máy tự động vào trong tế bào.”
Sarkar nói, “Được cấu hình theo cách này, ăng-ten có thể được sử dụng để khám phá các nguyên tắc cơ bản của sinh học khi các quá trình tự nhiên diễn ra. Thay vì phá hủy tế bào để kiểm tra tế bào chất như thường lệ, Cell Rover có thể theo dõi sự phát triển hoặc phân chia của tế bào, phát hiện các hóa chất và phân tử sinh học khác nhau như enzyme hoặc những thay đổi vật lý như áp suất tế bào – tất cả đều theo thời gian thực và in vivo .”
Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng các vật liệu như polyme, vốn đã được sử dụng trong y học và các nghiên cứu khác, có thể được tích hợp vào hoạt động của Cell Rover. Ví dụ, các polyme thay đổi khối lượng hoặc ứng suất để đáp ứng với những thay đổi hóa học hoặc phân tử sinh học. Sự kết hợp như thế này có thể tiết lộ thông tin mà các phương pháp quan sát tiêu diệt tế bào hiện đang sử dụng không có.
Sarkar giải thích: “Với những khả năng như vậy, Cell Rovers có thể có giá trị trong ung thư và nghiên cứu bệnh thoái hóa thần kinh chẳng hạn. Công nghệ này có thể phát hiện và theo dõi những thay đổi sinh hóa và điện liên quan đến căn bệnh này trong quá trình tiến triển của nó trong từng tế bào. Được áp dụng trong lĩnh vực nghiên cứu thuốc, công nghệ này có thể làm sáng tỏ phản ứng của tế bào sống với các loại thuốc khác nhau.”
“Bởi vì sự phức tạp và quy mô của các thiết bị điện tử nano như bóng bán dẫn và công tắc - “đại diện cho XNUMX thập kỷ tiến bộ to lớn trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Cell Rover, với ăng-ten mini, có thể thực hiện các chức năng từ tính toán nội bào và xử lý thông tin đến thăm dò và điều chế tế bào một cách tự động. Nghiên cứu đã chứng minh rằng nhiều Cell Rovers có thể được tham gia, ngay cả trong một tế bào, để liên lạc với nhau và bên ngoài tế bào.”
Anantha P. Chandrakasan, hiệu trưởng Trường Kỹ thuật MIT và Giáo sư Vannevar Bush về Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính, nói, “Cell Rover là một ý tưởng sáng tạo vì nó có thể tích hợp công nghệ cảm biến, truyền thông và thông tin vào bên trong tế bào sống. Điều này mở ra những cơ hội chưa từng có cho việc chẩn đoán, điều trị và khám phá thuốc chính xác, cũng như một hướng đi mới trong sự giao thoa giữa sinh học và các thiết bị điện tử.”
Tạp chí tham khảo:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC và cộng sự. Cell Rover—một ăng-ten từ giảo thu nhỏ để vận hành không dây bên trong tế bào sống. Cộng đồng 13, 5210 (năm 2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
