به لطف غشای گرافن ما می‌توانیم صدای یک باکتری را بشنویم.

موسیقی متن باکتری توسط غشای گرافن آشکار شد

آیا تا به حال  به این فکر کرده اید که آیا باکتری ها صداهای متمایز تولید می کنند یا خیر؟

اگر می‌توانستیم به باکتری‌ها گوش دهیم، می‌توانستیم بدانیم که آیا آنها زنده هستند یا نه. وقتی باکتری ها با استفاده از آنتی بیوتیک از بین می روند، این صداها قطع می شود – مگر اینکه باکتری ها به آنتی بیوتیک مقاوم باشند. این دقیقاً همان کاری است که تیمی از محققان دانشگاه TU Delft به رهبری دکتر فربد علیجانی موفق به انجام آن شده‌اند: آنها صدای سطح پایین یک باکتری را با استفاده از گرافن ضبط کردند. تحقیقات آنها در Nature Nanotechnology منتشر شده است.

صدای تک باکتری

تیم فربد علیجانی در ابتدا به دنبال مبانی مکانیک گرافن بودند، اما در نقطه‌ای مشخص به این فکر کردند که اگر این ماده بسیار حساس با یک جسم بیولوژیکی منفرد تماس پیدا کند، چه اتفاقی می‌افتد. علیجانی می گوید: گرافن شکلی از کربن است که از یک لایه اتم تشکیل شده و به عنوان ماده شگفت انگیز نیز شناخته می شود. گرافن بسیار قوی با خواص الکتریکی و مکانیکی خوب است و همچنین به نیروهای خارجی بسیار حساس است.

تیم اولین آزمایش خود را با باکتری E. coli انجام دادند. سیس دکر یکی از محققین پروژه: “آنچه ما دیدیم شگفت‌انگیز بود. وقتی یک باکتری به سطح یک درام گرافن می‌چسبد، نوسان‌های تصادفی با دامنه‌های کمتر از چند نانومتر ایجاد می‌کند که ما می‌توانستیم آن را تشخیص دهیم. ما می‌توانیم صدای یک باکتری را بشنویم. ”

انیمیشنی که نشان می‌دهد چگونه یک درام گرافن می‌تواند صدای باکتری‌ها را آشکار کند. هنگامی که یک باکتری توسط آنتی بیوتیک از بین می رود، صدا قطع می شود.

مشت زدن به درام گرافن توسط باکتری

نوسانات بسیار کوچک در نتیجه فرآیندهای بیولوژیکی باکتری ها با ایفای نقش تاژک های آنها (دم روی سطح سلول که باکتری ها را به حرکت در می آورد)  ایجاد می شود. برای درک اینکه این ضربات تاژکی روی گرافن چقدر ریز هستند، باید گفت که آنها حداقل 10 میلیارد برابر کوچک‌تر از ضربه مشت‌زنان در هنگام رسیدن به کیسه پانچ هستند. با این حال، این ضربات در مقیاس نانو را می‌توان به آهنگ‌های صوتی تبدیل کرد و به آنها گوش داد – و این چقدر جالب است.

گرافن برای تشخیص سریع مقاومت آنتی بیوتیکی

این تحقیق پیامدهای بسیار زیادی برای تشخیص مقاومت آنتی بیوتیکی دارد. نتایج تجربی واضح بود: اگر باکتری ها به آنتی بیوتیک مقاوم بودند، نوسانات فقط در همان سطح ادامه می یافت. زمانی که باکتری ها به دارو حساس شدند، ارتعاشات تا یکی دو ساعت بعد کاهش یافت، اما پس از آن کاملاً از بین رفتند. به لطف حساسیت بالای درام های گرافن، این پدیده تنها با استفاده از یک سلول قابل تشخیص است.

فربد علیجانی می‌گوید: «برای آینده، هدف ما بهینه‌سازی پلت فرم حساسیت آنتی‌بیوتیکی تک سلولی گرافن و اعتبارسنجی آن در برابر انواع نمونه‌های بیماری‌زا است تا در نهایت بتوان از آن به عنوان یک ابزار تشخیصی مؤثر برای تشخیص سریع مقاومت آنتی‌بیوتیکی در کلینیک استفاده کرد.”

پیتر استینکن می‌گوید: «این یک ابزار ارزشمند در مبارزه با مقاومت آنتی‌بیوتیکی است، که تهدیدی فزاینده برای سلامت انسان در سراسر جهان است.»

این مطالعه با عنوان “کاوشگر نانوحرکت تک باکتری با درام های گرافن”

Probing nanomotion of single bacteria with graphene drums

در nature nanotechnology به چاپ رسیده است.