เลียนแบบดวงตา “ผีเสื้อ” พัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจจับ “เซลล์มะเร็ง” แม่นยำ 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”คำพูดจาก เว็บสล็อต777

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”