محققان مدت‌هاست شیفتهٔ نحوه ساختار اسکلت‌های ظریف و شیشه‌مانند اسفنج‌های دریایی شده‌اند. این ساختارهای طبیعی، با وجود ظاهر شکننده‌شان، از مقاومت بالایی برخوردارند و الهام‌بخش پژوهشگران برای توسعه فناوری‌های تصویربرداری نوین شده‌اند.
در تازه‌ترین پژوهش‌ها، دانشمندان با استفاده از باکتری‌ها موفق شده‌اند عدسی‌هایی میکروسکوپی و مقاوم تولید کنند که می‌توانند برای تصویربرداری درون سلول‌های زنده به کار روند.
رهبری پژوهش توسط دانشگاه روچستر
این پژوهش به سرپرستی دکتر آن اس. مایر، استاد زیست‌شناسی دانشگاه روچستر، انجام شده و در همکاری با دانشگاه‌های کلرادو بولدر، فناوری دلفت و لیدن، پیشرفت قابل‌توجهی در حوزه عدسی‌های میکروبی رقم زده است.
اسفنج‌ها، آنزیم‌ها و باکتری‌ها؛ ترکیبی برای تولید عدسی زنده
آنزیم‌هایی با توانایی ساخت شیشه
اسفنج‌های دریایی برای ساخت ساختار شیشه‌ای خود، از مواد معدنی اطراف بهره می‌برند. این ساختار موسوم به «بیوگلاس»، ترکیبی از سبکی و استحکام است که سال‌ها مورد توجه دانشمندان بوده است.
با الهام از همین ویژگی، تیم پژوهشی دکتر مایر آنزیمی به نام سیلیکاتئین را که از اسفنج‌ها به‌دست می‌آید، با نوع خاصی از باکتری‌ها ترکیب کردند. نتیجهٔ این ترکیب، تبدیل باکتری‌ها به عدسی‌های زنده شد.
نقش باکتری در شکل‌گیری عدسی
در این پروژه، باکتری‌ها به کمک آنزیم اسفنجی، مواد سیلیکایی را از محیط جذب کرده و روی سطح خود لایه‌ای شیشه‌ای ایجاد کردند. این پوشش موجب می‌شود که هر باکتری به یک عدسی کوچک تبدیل شود که توانایی تمرکز نور را دارد.
نکته مهم این است که این عدسی‌های زنده، برخلاف عدسی‌های معمولی، تا چند ماه زنده می‌مانند و می‌توانند تطبیق‌پذیری و تغییرپذیری بالایی داشته باشند.
کاربردهای عدسی‌های زنده در پزشکی و صنعت
تصویربرداری پزشکی با وضوح بالا
عدسی‌هایی که به اندازهٔ یک سلول کوچک هستند، می‌توانند ساختارهای ریز و پنهان را با دقت بیشتری نمایش دهند. این موضوع در تصویربرداری پزشکی کاربرد ویژه‌ای دارد؛ جایی که مشاهده جزئیات بافتی اهمیت زیادی دارد.
کاربردهای صنعتی
از دیگر کاربردهای این عدسی‌ها می‌توان به استفاده در صنایع دقیق مانند خطوط تولید اشاره کرد؛ جایی که بررسی کیفیت با تصاویر با وضوح بالا بسیار ضروری است.
عدسی‌های مقاوم، مقرون‌به‌صرفه و زیست‌سازگار
عدسی‌هایی بدون نیاز به تجهیزات گران
در روش‌های سنتی، تولید عدسی‌های میکروسکوپی نیازمند دماهای بالا و ماشین‌آلات پیچیده است. اما در این روش، عدسی‌ها در شرایط محیطی ساده، با دما و فشار معمول ساخته می‌شوند. این موضوع تولید آن‌ها را مقرون‌به‌صرفه و تکرارپذیر کرده است.
مقاومت بالا و ماندگاری طولانی
ساختار شیشه‌ای که توسط فرآیندهای زیستی ایجاد می‌شود، در برابر فشارهای محیطی مقاوم است. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که عدسی‌های ساخته‌شده حتی پس از گذشت چند ماه همچنان عملکرد خوبی دارند، در حالی که بسیاری از عدسی‌های مصنوعی چنین دوامی ندارند.
آینده ابزارهای نوری با عدسی‌های زنده
افزایش وضوح حسگرهای تصویری
از این عدسی‌های میکروسکوپی می‌توان در حسگرهای تصویری استفاده کرد تا وضوح تصویر افزایش یابد. حتی امکان ترکیب آن‌ها با مواد انعطاف‌پذیر برای ساخت فناوری‌های پوشیدنی نیز وجود دارد.
خودترمیمی و سازگاری با محیط
ویژگی منحصربه‌فرد این عدسی‌ها، توانایی آن‌ها در خودتکثیری و خودترمیمی است. این خاصیت می‌تواند نسل جدیدی از ابزارهای هوشمند را خلق کند که به تغییرات نور، دما یا حرکت واکنش نشان می‌دهند.
عدسی‌هایی برای کاوش محیط‌های دشوار
کاربرد در محیط‌های محدود و نامناسب
به دلیل مقاومت و ماندگاری بالا، این عدسی‌ها می‌توانند در محیط‌هایی با دسترسی محدود مورد استفاده قرار گیرند. حتی می‌توانند برای سنجش شرایط در فضاهای بسیار تنگ یا خشن، مانند فضا یا عمق زمین، به کار روند.
مایر در این خصوص می‌گوید:
«سادگی تولید این عدسی‌ها باعث می‌شود که آن‌ها به گزینه‌ای مناسب برای ساخت ابزارهای نوری در مکان‌هایی تبدیل شوند که به تجهیزات نانوفناوری دسترسی ندارند، از جمله در فضا.»
سؤالات و چالش‌های باقی‌مانده
پایداری در سیستم‌های واقعی
در حال حاضر، پژوهشگران هنوز نمی‌دانند که این عدسی‌های زنده در شرایط واقعی، مانند سیستم‌های تصویربرداری پزشکی یا فضایی، چه عملکردی خواهند داشت. سازگاری با شرایط محیطی و پایداری عملکردی، از مهم‌ترین چالش‌ها به شمار می‌روند.
چالش تولید انبوه
اگرچه تولید این عدسی‌ها در آزمایشگاه موفقیت‌آمیز بوده، انتقال این فناوری به مقیاس صنعتی نیازمند روش‌هایی برای رشد و شکل‌دهی میلیون‌ها باکتری به‌صورت یکدست و قابل اعتماد است.
جمع‌بندی
عدسی‌های زنده تولیدشده با استفاده از باکتری‌ها و آنزیم‌های اسفنج‌های دریایی، دریچه‌ای جدید به دنیای تصویربرداری پزشکی، ابزارهای صنعتی، و فناوری‌های نوین گشوده‌اند. این فناوری، با بهره‌گیری از فرآیندهای زیستی، راه‌حلی پایدار، ارزان و مقاوم ارائه می‌دهد که می‌تواند آیندهٔ تجهیزات نوری را دگرگون کند.
