ดักจับดีเอ็นเอด้วยลำแสงนาโน เทคนิคใหม่ทำไบโอเซนเซอร์ความไวสูง

นักวิจัยมะกัน พัฒนาท่อนำแสง ทำแสงให้มีขนาดนาโน ช่วยดักจับดีเอ็นเอและอนุภาคนาโนในของไหลได้ดี พร้อมนำส่งไปยังทิศทางที่ต้องการได้สะดวก อนาคตเห็นทางทำไบโอเซนเซอร์ตรวจโรคแม่นยำสูง

ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยคอร์เนล (Cornell University) สหรัฐฯ ค้นพบวิธีดักจับดีเอ็นเอและอนุภาคนาโนในสารละลายไหล โดยใช้ลำแสงขนาดนาโน ซึ่งได้ตีพิมพ์ผลงานในวารสารเนเจอร์ (Nature) ตามที่ระบุในไซน์เดลี โดยนักวิจัยหวังว่าเทคนิคดังกล่าวสามารถนำไปพัฒนาเป็นไบโอเซนเซอร์ความแม่นยำสูง หรือประยุกต์ใช้ในการคัดเลือกและนำส่งอนุภาคนาโน

วิลเลียม ชูลทส์ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สหรัฐฯ (National Science Foundation: NSF) ซึ่งเป็นหน่วยงานที่สนับสนุนโครงการวิจัยนี้ระบุว่า งานวิจัยดังกล่าวสามารถต่อยอดนำไปใช้ได้จริง ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในงานด้านวิศวกรรมในการจัดการกับวัตถุระดับโมเลกุลและอะตอม โดยเฉพาะวัตถุที่บรรจุอยู่ในของเหลว ซึ่งก่อนหน้านี้ได้มีการใช้ประโยชน์จากแสงในการจัดการกับเซลล์และวัตถุขนาดนาโนอยู่แล้ว ทว่าเทคนิคใหม่ที่ว่านี้นี้ช่วยให้นักวิจัยทำงานดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมและยาวนานขึ้น

ด้าน เดวิด อีริคสัน (David Erickson) วิศวกร คอร์เนล กล่าวว่า เรามองแสงเป็นชุดของอนุภาคที่ไม่มีมวลโดยเรียกว่าโฟตอน (photon) ซึ่งพวกเขาได้ทดลองหาวิธีรวมอนุภาคโฟตอนเหล่านั้นเข้ามาอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กมาก แล้วทำให้ส่องผ่านไปตามท่อนำคลื่น (waveguide) ชนิดพิเศษ ซึ่งคล้ายกับเส้นใยแก้วนำแสงขนาดนาโน เมื่อชิ้นส่วนของวัตถุใด ซึ่งอาจจะเป็นดีเอ็นเอ หรืออนุภาคนาโน ลอยเข้ามาใกล้กับลำแสงโฟตอนดังกล่าว จะถูกดูดเข้ามาข้างในและไหลไปตามลำแสง

ทั้งนี้ ทีมนักวิจัยได้พัฒนาท่อนำคลื่นเพื่อทำให้แสงกลายเป็นลำแสงขนาดเล็ก และพัฒนาต่อไปเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยในกับดักจับดีเอ็นเอ หรือวัตถุอื่นที่มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตรที่ไหลอยู่ในของเหลวได้ดียิ่งขึ้น โดยท่อเล็กๆ แต่ละท่อที่อยู่ภายในท่อนำคลื่นนั้นมีความกว้างเพียง 60-120 นาโนเมตร เท่านั้น ซึ่งบางกว่าความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์อินฟราเรดที่มีขนาด 1,500 นาโนเมตร ความสำเร็จครั้งนี้ช่วยขจัดข้อจำกัดที่มีอยู่เดิมอันเกิดจากการกระจายของลำแสงเมื่อเจอสิ่งกีดขวาง และท่อขนาดนาโนภายในท่อนำแสงดังกล่าวยังช่วยให้ใช้แสงในการดักจับหรือขนส่งวัตถุนาโนได้ดียิ่งขึ้นด้วย

นักวิจัยทดลองโดยนำสารละลายที่มีดีเอ็นเอหรืออนุภาคนาโน มาชะให้ไหลผ่านไปตามท่อนำแสงที่มีช่องแสงผ่านขนาดไมโครเมตร ด้วยความเร็ว 80 ไมโครเมตรต่อวินาที ผลปรากฏว่าระบบดังกล่าวสามารถดักจับดีเอ็นเอหรืออนุภาคนาโนเข้ามาภายในลำแสงได้ไม่ถึง 1 ใน 4 ส่วนของอนุภาคทั้งหมด ทว่าเมื่อทดลองใช้ท่อนำแสงที่มีช่องแสงขนาดเล็กลง อัตราการไหลช้าลง และลำแสงมีพลังงานสูงกว่า ปริมาณอนุภาคที่ดักจับได้ก็มีอัตราเพิ่มขึ้น

"สิ่งที่เรากำลังหวังจะทำในตอนนี้ คือทำความเข้าใจกับหลักการทางฟิสิกส์ให้มากขึ้น เพื่อที่จะได้เห็นอะไรก็ตาม ที่อาจเป็นไปได้เข้าใกล้ความเป็นจริงยิ่งขึ้น ครั้งท้ายสุดเรานึกถึงการพัฒนาอุปกรณ์ทางด้านแสงที่มีความรวดเร็ว ฉับไว และประสิทธิภาพสูง สำหรับใช้ในการสื่อสารและงานอื่นๆ ในช่วงตลอด 20 ปีที่ผ่านมา และมีการประยุกต์นำไปใช้ทางด้านระบบนาโน ซึ่งความหวังในอนาคตของเราคือสามารถขนส่งผ่านแต่ละสายของดีเอ็นเอได้คล้ายกับการขนส่งผ่านแสงที่ทำได้แล้วในปัจจุบัน" อีริคสัน กล่าว

อีกทั้งในอนาคตอาจมีการนำเทคโนโลยีในไปใช้ในการดักจับ หรือนำส่งดีเอ็นเอหรืออนุภาคอื่นให้ไปยังทิศทางและเป้าหมายที่ถูกต้องได้ อาทิ ใชัในการพัฒนาเซนเซอร์ตรวจวินิจฉัยต่างๆ หรือสำหรับรวบรวมอนุภาคที่มีโครงสร้างตามที่ต้องการ.