موفقیت دانشمندان در مشاهده چهار بعدی رفتار شبکه‌های زیستی

دانشمندان مؤسسه فناوری کالیفرنیا موفق به کشف تکنیک‌هایی برای مشاهده رفتار نانوساختارهای زیستی در هر دو بعد مکان و زمان شدند که این اکتشاف به آنها اجازه اندازه‌گیری مستقیم سفتی و رسم تغییرات آن در سرتاسر شبکه DNA را می‌دهد.

به گزارش سرویس اجتماعی برنا، دانستن خواص مکانیکی ساختارهای DNA برای ساخت شبکه‌های زیستی مستحکم در میان کاربردهای دیگر، امری ضروری است. به گفته احمد زِویل از مؤسسه فناوری کالیفرنیا، این گونه تجسم زیست‌مکانیکی در مکان و زمان، باید برای مطالعه نانومواد زیستی دیگر از جمله تجمعات غیرطبیعی پروتئین که باعث بیماری‌هایی مانند آلزایمر و پارکینسون می‌شود، نیز قابل اجرا باشد.

به نوشته سایت نانو، اعضای این گروه برای اولین بار توانستند حرکت نانوساختارهای DNA را در بعدهای مکان و زمان با استفاده از میکروسکوپ الکتروتی چهار بعدی که در مؤسسه «Caltech» ساخته شده است، مشاهده کنند.

این میکروسکوپ الکترونی چهار بعدی، جریانی از الکترون‌های منحصر بفرد را بر روی اشیاء پراکنده کرده و بدین ترتیب تصویر ساخته می‌شود. این الکترون‌ها با طول موج‌هایی به اندازه پیکومتر و یا تریلیونیم متر، قابلیت تجسم ساختارهای فضایی با وضوح هزار برابر و وضوح زمانی یک فمتوثانیه و یا بیشتر از نانوساختارها را میسر می‌کند.

این آزمایش با ایجاد ساختاری از کشیدن DNA در سوراخی که در فیلم نازکی از کربن تعبیه شده بود، شروع شد. با استفاده از الکترون‌های موجود در میکروسکوپ، تعدادی از رشته‌های DNA بریده شده و بدین ترتیب ساختاری سه بعدی و مستقل با این میکروسکوپ چهار بعدی به دست آمد.

در مرحله بعد، با استفاده از گرمای لیزر، نوسانات در ساختار DNA تحریک شده و از آن‌ها با استفاده از پالس‌های الکترونی به صورت تابعی از زمان (بعد چهارم) عکس‌برداری شد. با مشاهده فرکانس و دامنه این نوسانات، اندازه‌گیری مستقیم سفتی انجام پذیرفت.

انجام این پروسه در یک شبکه پیچیده، کار شگفت‌آوری محسوب می‌شود. اکنون با بریدن و جستجو کردن، می‌توان محدوده انتخاب شده از یک شبکه DNA را مشاهده و رفتار و خواص آن را پیدا کرد.

این گروه با استفاده از این میکروسکوپ الکترونی چهار بعدی، بررسی بیماری آمیلوئیدوز (انباشت پروتئین در اندام و بافتها) و تحقیق در مورد خواص زیست‌مکانیکی این شبکه‌ها که در بسیاری از بیماری‌های مخرب عصبی نقش اساسی دارد را آغاز کرده‌اند. این تکنیک پتانسیل استفاده‌های بیشتر در کاربردهای دیگر را دارا بوده و می‌توان از آن علاوه بر ساختارهای زیستی، در علوم نانوساختاری مواد نیز استفاده کرد.

این دانشمندان، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی PNAS منتشر کرده‌اند.