محققان دانشگاه توکیو اخیرا به دستاورد قابل توجهی در زمینه طیف سنجی رامان دست یافته اند که سرعت اندازه گیری این روش را تا 100 برابر افزایش داده است. این پیشرفت که با ترکیب طیف‌سنجی منسجم رامان، استفاده از لیزر پالسی فوق کوتاه و فناوری کشش زمانی امکان‌پذیر شد، فرصت‌های جدیدی را برای تصویربرداری شیمیایی سریع و بدون برچسب ایجاد می‌کند و می‌تواند تشخیص و تجزیه و تحلیل پزشکی را متحول کند و تجزیه و تحلیل ایجاد کند. از مواد . با دی جی همراه باشید.
طیف سنجی رامان: ابزاری برای تشخیص مولکولی
به عنوان یک روش پیشرفته، طیف سنجی رامان نقش کلیدی در علوم پایه و کاربردی دارد و به طور گسترده برای تشخیص انواع مولکول ها و سلول ها استفاده می شود. در این روش تابش لیزر به مولکول ها برخورد می کند و این برهمکنش باعث تغییر در ارتعاشات و چرخش پیوندهای مولکولی و تغییر در فرکانس نور تابیده شده می شود. این تغییر فرکانس که به «طیف پراکندگی» معروف است، در واقع «اثر انگشت ارتعاشی» هر مولکول است و می توان از آن برای شناسایی مولکول ها استفاده کرد.
دکتر تاکورو ایدگوچی، محقق اصلی این مطالعه، می‌گوید:
اندازه گیری پایه و اساس علم است و ما در تلاش برای دستیابی به بهترین عملکرد در سیستم های اندازه گیری خود هستیم. هدف ما این است که مرزهای اندازه گیری های نوری را کنار بگذاریم.
به عنوان مثال، طیف سنجی رامان به دلیل توانایی آن در شناسایی مولکول ها و تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی بدون نیاز به برچسب زدن یا تغییر نمونه ها، کاربردهای گسترده ای در پزشکی دارد. در زیر به برخی از کاربردهای مهم این فناوری در پزشکی اشاره می کنیم:
- تشخیص سرطان: طیف سنجی رامان می تواند برای شناسایی سلول های سرطانی استفاده شود. از آنجایی که بافت‌های سرطانی ساختار و ترکیب مولکولی متفاوتی نسبت به بافت‌های سالم دارند، طیف‌سنجی رامان می‌تواند این تفاوت‌ها را تشخیص دهد. این روش به ویژه برای تشخیص زودهنگام انواع سرطان مانند پوست، سینه و مغز استفاده می شود.
- شناسایی عفونت ها: طیف سنجی رامان قادر است باکتری ها و ویروس ها را بر اساس ویژگی های شیمیایی آنها شناسایی کند. این برنامه می تواند در تشخیص عفونت ها و شناسایی عوامل بیماری زا مانند باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک مفید باشد.
- اندازه گیری غلظت گلوکز: طیف سنجی رامان به عنوان یک روش غیر تهاجمی برای اندازه گیری گلوکز خون استفاده می شود. با توجه به اهمیت کنترل دقیق سطح گلوکز در بیماران دیابتی، این روش می‌تواند جایگزینی دقیق و غیرتهاجمی برای روش‌های سنتی پایش قند خون باشد.
- تصاویر پارچه: در تشخیص پزشکی از طیف سنجی رامان همراه با میکروسکوپ های پیشرفته برای تصویربرداری از بافت های بیولوژیکی استفاده می شود. این روش به پزشکان این امکان را می دهد که ساختار مولکولی دقیق بافت ها و سلول ها را شناسایی کرده و در نتیجه به تشخیص دقیق تری از بیماری ها برسند.
- تشخیص پلاک های آترواسکلروتیک: در زمینه قلب و عروق می توان از طیف سنجی رامان برای شناسایی پلاک های آترواسکلروتیک و تشخیص تجمع کلسترول و چربی در رگ ها استفاده کرد. این اطلاعات برای ارزیابی خطر بیماری های قلبی عروقی بسیار مهم است.
- مطالعه متابولیت های سلولی: طیف سنجی رامان به دلیل توانایی آن در شناسایی مولکول های مختلف برای بررسی متابولیت های سلولی در نمونه های بافتی و مایعات بدن مانند خون و ادرار استفاده می شود. این اپلیکیشن می تواند در تحقیقات بالینی و تشخیص بیماری های متابولیک موثر باشد.
این روش به عنوان ابزاری سریع، غیر تهاجمی و دقیق، در حال گسترش در زمینه های مختلف پزشکی است و پتانسیل بالایی برای بهبود روش های تشخیصی و درمانی در اختیار متخصصان قرار می دهد.
چالش ها و نوآوری های تکنولوژیکی در طیف سنجی رامان
از زمان معرفی آن به عنوان یک ابزار پرکاربرد برای شناسایی مولکولی، طیف‌سنجی رامان با محدودیت‌هایی به‌ویژه در سرعت اندازه‌گیری مواجه بوده است. بسیاری از واکنش های شیمیایی و فیزیکی به سرعت اتفاق می افتند و این روش نمی تواند با این تغییرات سریع همگام شود. برای غلبه بر این محدودیت، محققان سیستمی را از ابتدا طراحی و اجرا کردند که قادر به اندازه گیری با سرعت 50 میلیون طیف در ثانیه است. این رقم 100 برابر سریعتر از بهترین سرعت اندازه گیری های قبلی است که حداکثر به 50000 طیف در ثانیه می رسید.
محقق اصلی این پروژه توضیح می دهد:
من سالها آرزوی توسعه چنین سیستمی را داشتم، اما تا کنون ابزار لازم برای شروع این پروژه در دسترس نبود. در نهایت با توسعه یک لیزر جدید و بهینه شده در سال های اخیر، این ایده به واقعیت تبدیل شد.
روش‌های ترکیبی جدید: افزایش سرعت و دقت با طیف‌سنجی منسجم رامان و فناوری گسترش زمان
تیم تحقیقاتی با ترکیب چندین روش پیشرفته به این پیشرفت چشمگیر دست یافته است. سه عنصر کلیدی در این توسعه عبارتند از:
- طیف‌سنجی رامان منسجم: نسخه ای از طیف سنجی رامان که سیگنال های قوی تری نسبت به روش های سنتی تولید می کند و حساسیت اندازه گیری را افزایش می دهد.
- لیزر پالس اولترا کوتاه: این نوع لیزرها به دلیل پالس کوتاهی که دارند، قادر به ثبت ارتعاشات مولکولی با دقت و سرعت بالایی هستند.
- فناوری Time-Stretch که از فیبرهای نوری استفاده می کند: با استفاده از این فناوری، سیگنال‌ها در طول فیبر نوری پخش می‌شوند و امکان ضبط سریعتر و دقیق‌تر طیفی را فراهم می‌کنند.
کاربردهای آینده این فناوری: از میکروسکوپ تا فلوسیتومتری
افزایش 100 برابری در سرعت طیف سنجی رامان درهای جدیدی را برای تحقیقات و کاربردهای علمی باز می کند. دکتر ایدگوچی می گوید:
هدف ما استفاده از این طیف‌سنجی برای تصویربرداری میکروسکوپی است که امکان ضبط تصاویر دو بعدی یا سه بعدی را با استفاده از طیف‌های پراکندگی رامان فراهم می‌کند.
علاوه بر این، آنها امیدوارند که این فناوری را با میکروسیال ها ترکیب کنند تا سیستم های تصویربرداری شیمیایی بدون برچسب تولید کنند که می تواند مولکول های زیستی را در سلول ها و بافت ها شناسایی کند.
نتیجه گیری: افق جدیدی در تشخیص مولکولی و تجزیه و تحلیل مواد.
پیشرفت های اخیر در طیف سنجی رامان، به لطف فناوری های جدید مانند لیزرهای پالس فوق کوتاه و بزرگنمایی زمان، سرعت و دقت این ابزار حیاتی را به سطح بی سابقه ای ارتقا داده است. این دستاورد می تواند به پیشرفت های چشمگیری در زمینه های مختلف از جمله تشخیص پزشکی، تجزیه و تحلیل مواد و تحقیقات علمی منجر شود و فرصت های جدیدی را برای محققان و متخصصان این حوزه فراهم کند.
