استخدام المستشعرات والنقاط الكمية فى التصوير الحيوى
الذى يحدد العلاج المناسب للسرطان
تعتبر النقاط الكمية إحدى أشكال المواد النانونية حيث إن الإلكترونات فيها
تكون محصورة فى ( 3 أبعاد ) لا تتجاوزها
( الطول / العرض / الارتفاع ) وهى مواد نانونية متناهية الصغر محاطة بمواد
لها طاقة فجوة أكبر حيث أن طاقة الفجوة هى الطاقة التى يحتاجها الإلكترون لكى
يتحرر عن الذرة حيث أن الحصر الكمى للإلكترونات فى الأبعاد ( 3 ) ( الطول / العرض
/ الارتفاع ) يكسب النقاط الكمية خاصية فريدة فى التعامل مع الضوء بفاعلية مما
يجعلها مرشحا لعدد من التطبيقات
والنقاط الكمية هى عبارة عن تركيب نانوى شبه موصل ثلاثى الأبعاد يتراوح
أبعاده فيما بين ( 2 : 10 نانومتر ) مما يقابل
( 10 : 50 ذرة ) فى القطر الواحد أو ( 100 : 100000 ذرة ) فى حجم النقطة
الكمية الواحدة وتقوم النقطة الكمية بتقييد إلكترونات التوصيل كما ترسل النقاط
الكمية طيفا طاقيا مكمما متقطعا بحيث تكون الدوال الموجية المقابلة متمركزة داخل
النقطة الكمية وعندما يكون قطر النقطة الكمية = ( 10 نانومتر ) فإنه يمكن وضع ( 3
ملايين ) نقطة كمية بجانب بعضها البعض بطول يساوى عرض إصبع إبهام الإنسان وقد تم
اكتشاف النقاط الكمية فى أوائل ( 80 / ق 20 ) كما اكتشفت فى المحاليل الغروية وعن
طريق تطبيق النقاط الكمية فى الخلايا الشمسية والصمامات الثنائية الباعثة للضوء
وثنائى الأقطاب لليزر وكأصباغ تستخدم فى التصوير الحيوى والمستشعرات فإن النقاط
الكمية هى أشباه موصلات تتسم خصائصها الإلكترونية بأنها شديدة القرب والارتباط بحجم
وشكل البلورة المفردة فكلما تناقص حجم البلورة تزايدت فجوة النطاق ومن ثم توجد
حاجة للمزيد من الطاقة لإثارة النقطة الكمية وفى الوقت ذاته تنبعث المزيد من
الطاقة عند عودة البلورة لحالتها المستقرة .
تتمتع النقاط الكمية بأهمية كبيرة بسبب خواصها غير الاعتيادية والتى تتضمن
الخواص البصرية والكهربية والتى ترجع للارتفاع غير المعتاد فى نسبة سطح الجسيمات
إلى حجمها حيث تتواجد نسبة تصل إلى ثلث الذرات على السطح حيث يتم احتواء
الإلكترونات والثقوب داخل فضاء محدود حيث تنتج الثقوب عندما يتحرك الإلكترون بعيدا
عن مكان ارتباطه ليترك ورائه جسيما مشحونا إيجابيا وبإمكان النقاط الكمية إصدار
ضوء معين عند إثارتها وكلما كانت النقطة الكمية أصغر كلما كانت طاقة الضوء الصادرة
عنها أكبر حيث تسمح الخاصية بصنع نقاط كمية يمكنها أن تصدر ألوان قوس قزح مما يسمح
باستخدامها كمستشعرات للغازات وبعض المواد الكيميائية والبيولوجية وعلى النقيض من
الأصباغ المستخدمة فى المستشعرات البيولوجية فإن النقاط الكمية لا تتفكك بسرعة
ولها وميض أشد وأعلى .
النقاط الكمية والكشف عن الملوثات :
تشكل التركيزات العالية من أيونات المعادن الثقيلة فى البيئة تهديدا كبيرا
على صحة الإنسان وعلى الكائنات الحية بسبب عدم قابليتها للتحلل الحيوى مما يؤدى
لتراكمها خلال السلسلة الغذائية ويوجد العديد من التكنولوجيات المختلفة كالمجسات
الكهروكيميائية والضوئية واللونية للكشف عن وجود أيونات العناصر الثقيلة وتعتبر
تكنولوجيا الوميض الضوئى الأفضل بسبب ملائمتها للأنظمة البيئية وانخفاض تكاليفها وحساسيتها
المرتفعة وقدرتها على الكشف الدقيق عن أيونات المعادن الثقيلة وللخصائص الضوئية
المميزة للنقاط الكمية فقد تم استخدامها بشكل واسع فى مجال النقاط الكمية وباستخدام
قسم علوم المواد بمعهد الدراسات العليا والبحوث بجامعة الإسكندرية عن طريق إجراء
عدد من الأبحاث لدراسة استخدام النقاط الكمية كمستشعرات .
وعن طريق الكشف عن أيونات المعادن الثقيلة حيث تم استخدام شدة الوميض
الضوئى الناتج من المتراكب النانومترى من البولى ايثيلين والنقاط الكمية من
الجرافين كمجس ضوئى للكشف عن أيونات الكروم السداسى التكافؤ عند تركيز منخفض فى
نطاق ( ملجم / لتر ) حيث أوضحت النتائج وجود استجابة خطية للمجسات الكهروكيميائية
فى مدى من التركيزات من
( 0.01 : 0.05 ملجم / لتر ) والحد الأدنى للكشف عن أيونات الكروم سداسى
التكافؤ يعادل ( 6 ميكروجرام / لتر ) ويعتبر الحد الأدنى الذى تم تعينه أقل من
الحد الأقصى المسموح به فى مياه الشرب ( 50 ميكروجرام / لتر ) بحيث يصبح المتراكب
النانومترى مجسا ضوئيا جيدا يمكن استخدامه للكشف عن أيونات الكروم سداسى التكافؤ فى
البيئة المائية .
ويسبب التلوث بأيونات الزئبق خطرا على صحة الإنسان والحيوان لأن الزئبق
عنصر سام فالزئبق يلوث الماء والغذاء ويؤدى التعرض لأيونات الزئبق لتراكمها بالجسم
البشرى مما يسبب خللا بالكلى والجهاز العصبى المركزى وقد يؤدى للوفاة فعن طريق
قياس تركيزات أيونات الزئبق حيث أن قياس تركيزات أيونات الزئبق مكلفة بالطرق
التقليدية حيث يتم استخدام أجهزة مكلفة جدا كجهاز ( كروماتوجرافيا الغازات المدمجة
بمطياف الكتلة ) كما أنها تستغرق وقتا فى إعداد العينات واستخلاصها فتم الاتجاه
لاستخدام المجسات الكهروكيميائية حيث أنها أقل تكلفة وموفرة للوقت والجهد
وباستخدام الإنسان للنقاط الكمية (
تيليريدات الكادميوم ) المحددة بحمض ( الثايوجليكولك ) كمجس ضوئى لأيونات الزئبق حيث
أوضحت النتائج استجابة خطية فى مدى من التركيزات من ( 1.25 : 8 نانومول ) ولكن
عندما تم استخدام النقاط الكمية المحددة
( السيستين ) أوضحت استجابة خطية جيدة جدا فى مدى تركيزات من ( 5 : 50
بيكومول ) بحيث تكون نقاط كم تيليريدات الكادميوم مجسات ضوئية جيدة جدا لأيونات
الزئبق .
النقاط الكمية ومحاربة السرطان :
يتطور السرطان عندما تقوم خلايا غير طبيعية بالنمو والانتشار بمعدلات سريعة
داخل الجسم البشرى ولا تختلف الخلايا السرطانية السيئة فى معظم الأحيان عن الخلايا
السليمة مما يجعل علاج السرطان غاية فى الصعوبة كما تقتل معظم علاجات السرطان
الخلايا السليمة بالإضافة للخلايا المصابة مما يؤدى لمعاناة أكبر لدى المرضى ولكن
كيف سيكون الحال إذا ما تمكن العلماء من تصميم علاج يستهدف الخلايا السرطانية دون
الخلايا السليمة إذ يمتلك العلماء كثيرا من الأفكار التى تتعلق بإمكانية استخدام
النقاط الكمية فى الكشف المبكر ومكافحة الأمراض ومن بين الأفكار بالنسبة لعلاج
السرطان أن يتم نقل الدواء لمنطقة الورم السرطانى باستخدام النقاط الكمية ويعتبر
استعمال الجسيمات النانونية الحجم المفتاح الرئيسى فى مجال علاج السرطان لأنها
صغيرة لدرجة كافية للمرور فى كل الأوعية الدموية داخل الجسم البشرى .
وبما أن معظم الأصباغ المستخدمة كملصقات عضوية تقليدية لا تقدم إمكانية
انبعاث الأشعة تحت الحمراء القريبة بطول موجى أكبر من ( 650 نانومتر ) حيث اكتسبت
النقاط الكمية الكثير من الاهتمام بسبب خصائصها البصرية القابلة للضبط فهى تتمتع
بخصائص كيميائية متميزة ومستقرة ولديها عائد كمى مرتفع والطول الموجى لانبعاث
الضوء قابل للضبط كما أنه يمكن تحفيز أنواع مختلفة من النقاط الكمية بنفس طول
الموجة الضوئية والكشف عنها فى وقت واحد لإجراء فحوصات متعددة كما أن النقاط
الكمية هى أحد وسائل الدخول إلى مجال طبى جديد فى الطب ( الثيرنوستيك ) وهو يجمع
بين العلاج الموجه المحدد والقائم على اختبارات تشخيصية محددة الهدف مع التركيز
الأساسى على الرعاية المركزة على المريض ويوفر انتقالا من الطب التقليدى إلى منهج
العلاج المتخصص والدقيق ويوجد اهتمام متزايد فى تطوير منصات النانوثيرنوستيك
للاستشعار والتصوير والعلاج فى وقت واحد وتمتلك النقاط الكمية إمكانات كبيرة
للتطبيقات وتوصيل الدواء والتصوير الحيوى ويعتبر التصوير الحيوى طريقة مهمة تستخدم
لتحديد العلاج المناسب للسرطان وقد استخدمت تكنولوجيات التصوير بما فى ذلك الأشعة
السينية والتصوير المقطعى والموجات فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسى على
نطاق واسع لفحص السرطان ومتابعته وتحديد فعالية علاج السرطان فإن تكنولوجيات
التصوير لديها عيبان رئيسيان : 1 ) لا توجد لديها حساسية كافية للكشف عن الأعداد
الصغيرة من الخلايا الخبيثة فى المراحل الأولية
2 ) لم يتم تطوير تكنولوجيات التصوير للكشف عن علامات محددة لسطح الخلايا
السرطانية فى العديد من الحالات فقد تكون العلامات على سطح الخلية أهدافا لعلاج
السرطان وقد تساعد فى تشخيص السرطان وتنظيم علاجه ويتطلب التغلب على العيوب تحسينا
فى تكنولوجيات التصوير وتطوير مسابر تصوير جديدة تتسم بدرجة عالية من
الحساسيةوالحيوية وتوفر مجسات التصوير المستخدمة للنقاط الكمية الإمكانية للوفاء
بالمتطلبات لتصوير الخلايا السرطانية فى مراحلها الأولية والتعرف على علامات سطح
الخلية .
ويعتبر سرطان الثدى عبئا صحيا ذا كلفة عالية ويعتبر من الأسباب الرئيسية
لوفاة النساء ومن ناحية أخرى أظهرت تكنولوجيا النانو أملا فى التغلب على الآثار
الجانبية لأدوية السرطان التقليدية لأن الحبيبات النانومترية تتصف بخصائص مميزة
منها صغر الحجم وكبر نسبة السطح إلى الحجم وارتفاع كمية الدواء المحمل عليها
والتلاؤم الحيوى مع الجسم البشرى فإن أنصاف الحبيبات النانومترية بالخصائص
الفيزيوكيميائية يجعلها فعالة على المستويين الخلوى والجزيئى وهو الأمر الذى لا
يتوافر لمضادات السرطان التقليدية ففى قسم علوم المواد بمعهد الدراسات العليا
بالتعاون مع قسم الصيدلة الصناعية بكلية الصيدلة جامعة الاسكندرية بتحضير جسيمات الألبومين
النانومترية المهجنة بالنقاط الكمية المصنوعة من
( تيليريد الكادميوم ) ومطعمة بالمانتوز لتصوير الورم واستهدافه من أجل
التوصيل المشترك لكل من الريزفراترول والبيمتركسيد للخلايا السرطانية الخاصة
بسرطان الثدى وقد تم التحضير والتطبيق على الخلايا السرطانية والتعرف على تأثيرها
على فئران التجارب المصابة بسرطان الثدى وقياس حجم الورم ودلالات الأورام وتحليل
الأنسجة السرطانية بعد استئصالها بالتعاون مع كلية الصيدلة جامعة دمنهور وقسم
الميكروبيولوجى بكلية الصيدلة جامعة الاسكندرية وأظهرت الدراسة نتائج مهمة نشرت فى
إحدى المجلات العلمية سنة ( 2019 ) .
د / منى شهاب و د / شاكر ابراهيم
تنقيح / أسامه ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف
6 / 3 / 2022
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق