เลียนแบบดวงตา “ผีเสื้อ” พัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจจับ “เซลล์มะเร็ง” แม่นยำ 99%


โดย PPTV Online

เผยแพร่




นักวิจัยพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ เลียนแบบดวงตาของผีเสื้อ สามารถมองเห็น “เซลล์มะเร็ง” ได้ ความแม่นยำสูงถึง 99%

สิ่งมีชีวิตมากมายบนโลกมีประสาทสัมผัสเหนือกว่ามนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นเต่าที่สามารถสัมผัสสนามแม่เหล็กโลกได้ กุ้งตั๊กแตนที่สามารถตรวจจับแสงโพลาไรซ์ได้ ช้างสามารถได้ยินเสียงความถี่ที่ต่ำกว่ามนุษย์มาก แม้แต่ “ผีเสื้อ” ก็สามารถรับรู้สีได้หลากหลาย รวมถึงแสงอัลตราไวโอเลต (UV)

ด้วยความสามารถในการรับรู้สีที่หลากหลายของผีเสื้อ ทำให้นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งปิ๊งไอเดียพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดพิเศษ เลียนแบบความสามารถของผีเสื้อในการมองเห็นช่วงรังสียูวีที่ตามนุษย์มองไม่เห็น และนำมาใช้ในการตรวจจับเซลล์มะเร็ง

ร้านสะดวกซื้อโคตรไม่สะดวกซื้อ ตั้งอยู่ “กลางหน้าผา” สูงเท่าตึก 40 ชั้น

“ธีอา” มีอยู่จริง? ดาวเคราะห์ที่พุ่งชนโลกจนเกิด “ดวงจันทร์”

ฆาตกรตัวจริงที่ทำไดโนเสาร์สูญพันธุ์ คือ “ฝุ่น” หลังอุกกาบาตชนโลก

ทีมนักวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากระบบการมองเห็นของผีเสื้อหางติ่งเอเชีย (Papilio xuthus) และออกแบบเซ็นเซอร์โดยใช้ โฟโตไดโอดแบบเรียงซ้อน (Stacked Photodiode) และนาโนคริสตัลเพอร์รอฟสไกต์ (PNC) ที่สามารถถ่ายภาพความยาวคลื่นต่าง ๆ ในช่วงรังสียูวีได้

ทั้งนี้ ต้องทราบก่อนว่า ในร่างกายของคนเราจะมีสิ่งที่เรียกว่า ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (Biomarker) อยู่ จะเป็นสารเคมีหรือสารพันธุกรรม ที่บ่งบอกถึงสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นกับร่างกายของเรา เช่น กรดอะมิโน ซึ่งสารหรือตัวบ่งชี้แต่ละตัวนี้ จะมีคลื่นสีที่ต่างกันออกไปเมื่อมองในช่วงรังสียูวี

ดังนั้น ด้วยเซ็นเซอร์ใหม่ที่เลียนแบบดวงตาของผีเสื้อ ทำให้นักวิจัยสามารถมองเห็นสี และแยกความแตกต่างระหว่างเซลล์มะเร็งกับเซลล์ปกติได้ด้วยความแม่นยำถึง 99%

งานวิจัยชิ้นใหม่นี้นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์เออร์บานา-แชมเปญจน์ คือ วิกเตอร์ กรูเอฟ ศาสตราจารย์วิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ และ เนี่ย ชูหมิง ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพ

กรูเอฟบอกว่า “เราได้แรงบันดาลใจจากระบบการมองเห็นของผีเสื้อ ซึ่งสามารถรับรู้สิ่งต่าง ๆ ในสเปกตรัมรังสียูวี และออกแบบกล้องที่จำลองการทำงานนั้น ... เราทำสิ่งนี้โดยใช้นาโนคริสตัลเพอร์รอฟสไกต์แบบใหม่ รวมกับเทคโนโลยีการถ่ายภาพซิลิคอน”

แสงยูวีคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่ตามองเห็น (แต่ยาวกว่ารังสีเอ็กซ์) เราคุ้นเคยกับรังสียูวีจากดวงอาทิตย์ แสงยูวีแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ UVA, UVB และ UVC ตามช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

เนื่องจากมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นแสงยูวีได้ จึงเป็นเรื่องยากที่จะรวบรวมข้อมูลยูวี โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแยกแยะความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ระหว่างแต่ละประเภท

อย่างไรก็ตาม ผีเสื้อสามารถเห็นความแปรผันเล็ก ๆ น้อย ๆ ของสเปกตรัมรังสียูวีได้ กรูเอฟตั้งข้อสังเกตว่า “ผมสนใจมากว่า ทำไมพวกมันถึงมองเห็นความแปรผันเล็ก ๆ น้อย ๆ เหล่านั้น แสงยูวีตรวจจับได้ยากอย่างไม่น่าเชื่อ มันถูกดูดซับไว้โดยทุกสิ่ง และผีเสื้อก็สามารถตรวจจับมันได้ดีมาก”

ผีเสื้อมีดวงตารวม (Compound Eye) โดยมีเซลล์รับแสง 6 รูปแบบหรือมากกว่านั้น ซึ่งมีความไวต่อสเปกตรัมที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งผีเสื้อหางติ่งเอเชีย ที่ไม่เพียงมีตัวรับแสงสีน้ำเงิน เขียว และแดงเท่านั้น แต่ยังมีตัวรับแสงสีม่วง อัลตราไวโอเลต และบรอดแบนด์อีกด้วย

นอกจากนี้ ผีเสื้อยังมีเม็ดสีเรืองแสงที่ช่วยให้พวกมันแปลงแสงยูวีเป็นแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งจากนั้นเซลล์รับแสงของพวกมันก็สามารถรับรู้ได้ง่าย ช่วยให้พวกเขารับรู้สีและรายละเอียดในสภาพแวดล้อมได้กว้างขึ้น

นอกเหนือจากจำนวนเซลล์รับแสงที่เพิ่มขึ้นแล้ว ผีเสื้อยังมีโครงสร้างที่เป็นชั้น ๆ ในตัวรับแสงด้วย เพื่อจำลองกลไกการตรวจจับรังสียูวีของผีเสื้อหางติ่งเอเชีย ทีม ทีมวิจัยได้จำลองกระบวนการนั้น โดยการรวม PNC ชั้นบาง ๆ เข้ากับโฟโตไดโอดซิลิคอนที่เรียงเป็นชั้น ๆ

PNC เป็นนาโนคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ที่แสดงคุณสมบัติเฉพาะคล้ายกับจุดควอนตัม การเปลี่ยนแปลงขนาดและองค์ประกอบของอนุภาคจะเปลี่ยนคุณสมบัติการดูดซับและการปล่อยก๊าซของวัสดุ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา PNC ได้กลายเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานการตรวจจับต่าง ๆ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์และ LED รวมถึง PNC สามารถตรวจจับความยาวคลื่นยูวีได้ดีมาก ซึ่งเครื่องตรวจจับซิลิคอนแบบเดิมไม่สามารถทำได้

ในเซ็นเซอร์ใหม่ ชั้น PNC สามารถดูดซับโฟตอนยูวีและปล่อยแสงอีกครั้งในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งจะถูกตรวจพบโดยโฟโตไดโอดซิลิคอนแบบซ้อน การประมวลผลสัญญาณเหล่านี้ช่วยให้สามารถจัดทำแผนที่และระบุลายเซ็นยูวีได้

มีตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหลายอย่างในเนื้อเยื่อมะเร็งที่ความเข้มข้นสูงกว่าเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดี ได้แก่ กรดอะมิโน โปรตีน และเอนไซม์ เมื่อเจอกับแสงยูวี ตัวบ่งชี้เหล่านี้จะสว่างขึ้นและเรืองแสงและเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ในกระบวนการที่เรียกว่าออโตฟลูออเรสเซนซ์

เนี่ย ชูหมิง บอกว่า “การถ่ายภาพในบริเวณที่มีรังสียูวีนั้นมีจำกัด และผมจะบอกว่านั่นเป็นอุปสรรคใหญ่ที่สุดในการสร้างความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ตอนนี้เราได้เทคโนโลยีนี้มาซึ่งเราสามารถถ่ายภาพแสงยูวีที่มีความไวสูงและยังสามารถแยกแยะความแตกต่างของความยาวคลื่นเล็กน้อยได้”

เนื่องจากเซลล์มะเร็งและเซลล์ที่มีสุขภาพดีมีความเข้มข้นของตัวบ่งชี้ต่างกัน ดังนั้นลายเซ็นสเปกตรัมจึงแตกต่างกัน เซลล์ทั้งสองประเภทจึงสามารถแยกความแตกต่างจากการเรืองแสงที่ต่างกันในสเปกตรัมยูวี

ทีมวิจัยพบว่า เซ็นเซอร์ใหม่ที่ได้แรงบันดาลใจจากผีเสื้อนี้ สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างเซลล์มะเร็งและเซลล์ที่มีสุขภาพดีได้ด้วยความแม่นยำถึง 99%

“เทคโนโลยีการถ่ายภาพใหม่นี้ช่วยให้เราสามารถแยกแยะเซลล์มะเร็งกับเซลล์ที่มีสุขภาพดีได้ และกำลังเปิดประตูการใช้งานใหม่ ๆ ที่น่าตื่นเต้นนอกเหนือจากด้านสุขภาพ” เนี่ย ชูหมิง กล่าว

 

เรียบเรียงจาก Phys.org

ภาพจาก Shutterstock

"เศรษฐา" สั่ง "ปานปรีย์" ศึกษาความเหมาะสม ขึ้นเงินเดือนข้าราชการ

เรอัล มาดริด แถลงการณ์โต้ข่าวลือดีล "เอ็มบัปเป้"

“ต้องเต” หวังรัฐจริงจังผลักดันภาพยนตร์ไทย รองเลขาฯ นายกแจง ไม่คิดเคลมความสำเร็จ “สัปเหร่อ”

TOP ต่างประเทศ
วิดีโอยอดนิยม
เรื่องที่คุณอาจพลาด

วิดีโอยอดนิยม

ข่าวเด่นในรอบสัปดาห์

เพิ่ม PPTVHD36
ลงในหน้าจอหลักของคุณ