ให้ความรู้เกี่ยวกับสัญญาณ

ขณะนี้นักวิจัยของมหาวิทยาลัย Northwestern ได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่ช่วยให้สามารถดักฟังการสนทนาภายในร่างกายของเราได้ง่ายขึ้น แม้ว่าสัญญาณทางเคมีของร่างกายจะแผ่วเบาอย่างไม่น่าเชื่อ ทำให้ตรวจจับและวิเคราะห์ได้ยาก นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการใหม่ที่ช่วยเพิ่มสัญญาณมากกว่า 1,000 เท่า ทรานซิสเตอร์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สามารถเพิ่มสัญญาณอ่อนเพื่อให้เอาต์พุตขยายได้ วิธีการใหม่ทำให้ตรวจจับสัญญาณได้ง่ายขึ้นโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนและเทอะทะ ด้วยการเปิดใช้งานการขยายสัญญาณทางชีวเคมีที่อ่อนแอ วิธีการใหม่นี้ทำให้การแพทย์แผนปัจจุบันเข้าใกล้การวินิจฉัยและติดตามโรคในสถานที่แบบเรียลไทม์มากขึ้น งานวิจัย นี้ตีพิมพ์เมื่อวันเสาร์ (24 มีนาคม) ในวารสารNature Communications Jonathan Rivnay จาก Northwestern ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าวว่า "หากเราสามารถวัดสัญญาณทางชีวเคมีในร่างกายได้อย่างน่าเชื่อถือ เราก็สามารถรวมเซ็นเซอร์เหล่านั้นเข้ากับเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้หรือการปลูกถ่ายที่มีขนาดเล็ก มีภาระน้อยกว่า และไม่ต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาแพง" "แต่การสกัดสัญญาณคุณภาพสูงยังคงเป็นความท้าทาย ด้วยพลังงานและพื้นที่ภายในร่างกายที่จำกัด คุณจึงต้องหาวิธีขยายสัญญาณเหล่านั้น" Rivnay เป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ McCormick School of Engineering ทางตะวันตกเฉียงเหนือ Xudong Ji นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ Rivnay เป็นผู้เขียนคนแรกของหนังสือพิมพ์ ในขณะที่สื่อสารข้อมูลสำคัญที่อัดแน่นไปด้วยศักยภาพเพื่อเป็นแนวทางในการวินิจฉัยและการรักษา เซ็นเซอร์เคมีจำนวนมากสร้างสัญญาณที่อ่อนแอ ในความเป็นจริงแล้ว บุคลากรทางการแพทย์มักไม่สามารถถอดรหัส สัญญาณ เหล่านี้ได้หากไม่นำตัวอย่าง (เลือด เหงื่อ น้ำลาย) ออก แล้วส่งตรวจผ่านอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่มีเทคโนโลยีสูง โดยปกติแล้วอุปกรณ์นี้มีราคาแพงและอาจติดตั้งนอกสถานที่ด้วยซ้ำ และผลลัพธ์อาจใช้เวลานานมากในการกลับมา อย่างไรก็ตาม ทีมของ Rivnay มีเป้าหมายที่จะรับรู้และขยายสัญญาณที่ซ่อนอยู่เหล่านี้โดยไม่ต้องออกจากร่างกาย นักวิจัยคนอื่น ๆ ได้สำรวจเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีสำหรับการตรวจวัดทางชีวภาพโดยใช้ aptamers ซึ่งเป็นสายเดี่ยวของ DNA ที่ออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อจับกับเป้าหมายเฉพาะ หลังจากประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อกับเป้าหมายที่สนใจแล้ว แอพแทมเมอร์จะทำหน้าที่เหมือนสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ พับเป็นโครงสร้างใหม่ที่กระตุ้นสัญญาณไฟฟ้าเคมี แต่ด้วยตัวตรวจสอบสัญญาณเพียงอย่างเดียว สัญญาณมักอ่อนแอและไวต่อสัญญาณรบกวนและการบิดเบือนสูงหากไม่ได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะที่เหมาะสมและมีการควบคุมอย่างดี เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ทีมงานของ Rivnay ได้ติดตั้งส่วนประกอบขยายสัญญาณบนเซ็นเซอร์ที่ใช้อิเล็กโทรดแบบดั้งเดิม และพัฒนาเซ็นเซอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ไฟฟ้าเคมีด้วยสถาปัตยกรรมใหม่ที่สามารถรับรู้และขยายสัญญาณทางชีวเคมีที่อ่อนแอได้ ในอุปกรณ์ใหม่นี้ อิเล็กโทรดใช้เพื่อตรวจจับสัญญาณ แต่ทรานซิสเตอร์ที่อยู่ใกล้เคียงมีไว้เพื่อขยายสัญญาณโดยเฉพาะ นักวิจัยยังได้รวมอิเล็กโทรดอ้างอิงฟิล์มบางในตัวเพื่อทำให้สัญญาณที่ขยายมีความเสถียรและเชื่อถือได้มากขึ้น "เรารวมพลังของทรานซิสเตอร์สำหรับการขยายเฉพาะที่เข้ากับการอ้างอิงที่คุณได้รับจากวิธีการทางเคมีไฟฟ้าที่เป็นที่ยอมรับ" Ji กล่าว "มันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก เพราะเราสามารถวัดการรวมของ aptamer ได้อย่างเสถียรและขยายมันในไซต์" เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของเทคโนโลยีใหม่ ทีมของ Rivnay หันไปหาไซโตไคน์ทั่วไป ซึ่งเป็นโปรตีนส่งสัญญาณชนิดหนึ่ง ที่ควบคุมการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน และเกี่ยวข้องกับการซ่อมแซมและการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ การวัดความเข้มข้นของไซโตไคน์บางชนิดใกล้กับบาดแผล นักวิจัยสามารถประเมินได้ว่าบาดแผลจะหายเร็วเพียงใด มีการติดเชื้อใหม่หรือไม่ หรือต้องมีการแทรกแซงทางการแพทย์อื่นๆ หรือไม่ ในการทดลองชุดหนึ่ง ริฟเนย์และทีมของเขาสามารถขยายสัญญาณของไซโตไคน์ได้สามถึงสี่ลำดับความสำคัญ เมื่อเทียบกับวิธีการตรวจจับด้วยอิเล็กโทรดที่ใช้อิเล็กโทรดแบบดั้งเดิม แม้ว่าเทคโนโลยีจะทำงานได้ดีในการทดลองเพื่อตรวจจับการส่งสัญญาณของไซโตไคน์ แต่ Rivnay กล่าวว่าควรจะสามารถขยายสัญญาณจากโมเลกุลหรือสารเคมีใดๆ รวมถึงแอนติบอดี ฮอร์โมน หรือยา ซึ่งแผนการตรวจจับใช้นักข่าวเคมีไฟฟ้า "แนวทางนี้ใช้ได้ในวงกว้างและไม่มีกรณีการใช้งานเฉพาะ" Rivnay กล่าว "วิสัยทัศน์ที่ยิ่งใหญ่คือการนำแนวคิดของเราไปใช้ในไบโอเซนเซอร์แบบฝังหรืออุปกรณ์สวมใส่ที่สามารถตรวจจับปัญหาและตอบสนองได้"