برای نخستین بار محققان کشور طراحی و ساخت بومی میکرو چیپ تشخیص هیبریداسیون DNAبا استفاده از لایه‌های نانو نیمه هادی را در کشور انجام دادند.

به گزارش پایگاه خبری تحلیلی فناوری و نوآوری، در حال حاضر طیف گسترده ای از تحقیقات مرتبط با شاخه‌هایی همچون زیست-فناوری، بیولوژی، پزشکی به آشکارسازی DNA نیاز دارد. قطعاتDNA، هسته اصلی و عناصر پایه ای تمامی سلول های زنده را تشکیل می دهند.  یک DNA شامل زنجیره ای طویل از ملکول های خاص است.  ترتیب ملکول های تشکیل دهنده DNAیک کد بیولوژیکی مشخص را تولید می کند. این کد نه تنها هویت یک سلول را مشخص می کند بلکه با آنالیز آن می توان به خواص و مشخصه هاییک سلول پی برد. به عنوان مثال با آنالیز کد DNAیک سلول نه تنها می توان تشخیص داد این سلول متعلق به یک ویروس، میکروب، چند سلولی، گیاه، حیوان و یا انسان است، بلکه امکان تشخیص خواص آن گونه مشخص نیز وجود خواهد داشت. یعنی با آنالیز کد DNA  سلول دریافت شده از یک انسان می توان به بیماری های ژنتیکی آن فرد، هویت وی و ... پی برد. مهندسی ژنیک در واقع علم آنالیز کد های DNA و حتی تغییر آن برای رسیدن به خواصی مطلوب در یک سلول مشخص است.

محققان دانشگاه اصفهان با حمایت صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران معاونت علمی برای نخستین بار حسگری بومی جهت تشخیص هیبریداسیون DNAبا استفاده از لایه های نانو نیمه هادی طراحی و ساخته‌اند که استفاده از لایه‌های نیمه هادی نوآوری این حسگر است که تا کنون در دنیا از این روش استفاده نشده بود. مهدی حبیبی مجری این پروژه درباره آن اظهار کرد: حسگر DNA المانی است که بتواند وجود یا عدم وجود یک کد خاص را در زنجیره ای از DNA مجهول تشخیص دهد. اساس کار اغلب حسگرهای DNA ترکیب نمونه مجهول با کد مکمل معلوم است. در صورتی که اتصال با مکمل معلوم صورت پذیرفت می توان نتیجه گرفت کد مورد نظر در نمونه مجهول وجود داشته است در غیر این صورت نمونه مجهول فاقد کد مورد نظر بوده است.

حبیبی ادامه داد: آشکار سازی نمونه‌های هیبرید شده DNA از مجموعه غیر هیبرید شده فرآیند حساس و پیچیده ای محسوب می شود. تشخیص زنجیره‌های هیبرید شده DNA در مقیاس‌های کوچک اغلب با چالش‌های متعددی روبه رو است. به عنوان مثال تکنیک های آشکار سازی نوری معمولا دقت لازم را برای آشکار سازی هیبریداسیون در مقیاس پایین ندارند و نمی توانند در غلظت های پایین هیبریداسیون و یا عدم هیبریداسیون DNA را آشکار سازی کند.

عضو هیات علمی دانشگاه اصفهان عنوان کرد: هرچند برای آشکارسازی DNA در غلظت‌های پایین می توان از سنسورهای میکروچیپ استفاده کرد ولی در حال حاضر این نوع تراشه ها صرفا در خارج از کشور تولید می‌‌شود و قیمت بالایی دارند. دستیابی به تکنولوژی و فناوری بومی برای ساخت این سنسورها گامی موثر در تحقیقات بیولوژیکی، پزشکی و ... محسوب می‌شود.

وی درباره کاربردهای این حسگر گفت: شناسایی DNA مربوط به سلول‌ها، میکروب‌ها و ویروس‌ها جایگاه پراهمیتی در زمینه‌های مختلفی همچون تشخیص بیماریهای میکروبی-ویروسی در انسان‌ها، حیوانات و گیاهان، تشخیص سرطان در انسان، مطالعات و تحقیقات زیست فناوری، شناسایی و پیشگیری از بیماری‌های ژنتیکی و بسیاری موارد دیگر دارد.

تفاوت با تکنیک‌های موجود:

حبیبی با بیان اینکه تکنیک رایج و معمول برای شناسایی DNA نیز تشخیص هیبریداسیون آن با یک نمونه مکمل و از پیش شناخته شده است، تصریح کرد: معمولا طیف گسترده‌ای از روش‌ها برای تشخیص هیبریداسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر روش از لحاظ حداقل مقدار هیبریداسیون قابل آشکارسازی و روند موردنیاز برای این منظور متفاوت است ولی در نهایت در کلیه روش‌ها، به تجهیزات و ابزارهای اندازه‌گیری دقیق و پیشرفته نیاز است.
وی همچنین ابراز کرد: تجهیزات مورد نیاز جهت آشکارسازی هیبریداسیون DNA اغلب گران قیمت بوده، معمولا بعد از انجام هر آزمایش به تعویض نمونه‌ها نیاز است و معمولا وسایل مورد نیاز آن باید از خارج از کشور خریداری شود. بعلاوه کار کردن با چنین دستگاه‌هایی غالبا مشکل است و تنظیمات، کالیبراسیون و راه‌اندازی آن نیاز به تخصص و صرف مدت زمان قابل توجهی دارد.

هدف پروژه:

به گفته وی، هدف در این پروژه طراحی و ساخت بومی یک میکروچیپ آشکار ساز DNA است. در این طرح از لایه‌های نانو برای ساخت تقویت‌کننده‌های الکترونیکی نیمه هادی استفاده می‌شود. پیاده سازی و ساخت بومی این ساختارها توسط تجهیزات و امکانات موجود در داخل امکان پذیر است. با توجه به استفاده از المان های الکترونیکی حساسیت این سنسور نسبت به روش های آشکارسازی موجود بالاتر بوده و سنسور می تواند غلظت ‌های پایین هیبریداسیون را آشکارسازی کند. همچنین استفاده از نانو لایه های نیمه هادی که ساخت و پردازش آنها ساده و راحت است باعث می گردد قیمت نهایی محصول از نمونه های مشابه پایین تر باشد.

این محقق درباره مزیت‌های این دستگاه بیان کرد: قیمت نهایی دستگاه طراحی شده به گونه‌ای است که میتوان آن را به راحتی در کلیه آزمایشگاه‌های پژوهشی و طبی بکار برد. از اهداف دیگر طراحی این دستگاه، دستیابی به سیستمی است که کار با آن راحت بوده و تنظیمات و کالیبراسیون پیچیده‌ای احتیاج نداشته باشد و بتوان با استفاده از آن در مدت زمان اندکی به هیبریداسیون زنجیره‌هایDNA در مقیاس چند نانو مول پی برد.

میزان نوآوری:

حبیبی عنوان کرد: در این طرح برای اولین بار در دنیا با استفاده از نانو لایه های نیمه  هادی و عامل دار کردن آنها با دریافت کننده های زنجیره هایDNA، حسگر الکترونیکی تشخیص دهنده ذرات بیولوژیکیطراحی و ساخته شده است.

اهمیت:

وی با اشاره به اینکه در دنیای پزشکی و بیوتکنولوژی امروزی، آشکارسازی ماهیت یک DNA مجهول از اهمیت بالایی برخوردار است گفت:  در حال حاضر در داخل کشور نیز این جایگاه مهم برای این عرصه وجود دارد با انجام این طرح نه تنها محصول فناورانه سنسور آشکارساز DNA به صورت بومی در داخل کشور تولید می‌شود بلکه قیمت نمونه ساخته شده با توجه به استفاده از نانو لایه های نیمه هادی که پروسه ساخت ساده ای دارند، نسبت به تکنیک های رایج پایین تر خواهد بود.

حبیبی در پایان اظهار کرد: در سنسور ساخته شده میزان غلظت مورد نیاز جهت آشکارسازی DNA کمتر از تکنیک های رایج استفاده شده در سطح کشور (مانند برچسبهای فلورسانس و یا الکتروفورز جرمی) است و محصول ارائه شده میتواند بهعنوان جایگزینی دقیقتر و ارزانتر در آزمایشگاه های بیوتکنولوژی کشور مورد استفاده قرارگیرد.