பொறியாளர்கள் உயிரியல் துகள்களுக்கு சிப் அடிப்படையிலான டிராக்டர் கற்றை உருவாக்குகின்றனர்

உங்கள் உள்ளங்கையில் பொருந்தும் அளவுக்கு சிறியது, சாதனமானது சிப் மேற்பரப்பில் இருந்து மில்லிமீட்டர் தொலைவில் உள்ள துகள்களைக் கையாள சிலிக்கான்-ஃபோட்டோனிக்ஸ் சிப் மூலம் வெளிப்படும் ஒளிக்கற்றையைப் பயன்படுத்துகிறது. உயிரியல் சோதனைகளில் பயன்படுத்தப்படும் மாதிரிகளைப் பாதுகாக்கும் கண்ணாடி கவர் சீட்டுகளில் ஒளி ஊடுருவி, செல்கள் மலட்டுச் சூழலில் இருக்க உதவுகிறது.

பாரம்பரிய ஆப்டிகல் சாமணம், ஒளியைப் பயன்படுத்தி துகள்களைப் பிடிக்கும் மற்றும் கையாளும், பொதுவாக பருமனான நுண்ணோக்கி அமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன, ஆனால் சிப் அடிப்படையிலான ஆப்டிகல் சாமணம் உயிரியல் சோதனைகளில் ஒளியியல் கையாளுதலுக்கான மிகவும் கச்சிதமான, வெகுஜன உற்பத்தி, பரந்த அணுகக்கூடிய மற்றும் உயர்-செயல்திறன் தீர்வை வழங்க முடியும்.

இருப்பினும், மற்ற ஒத்த ஒருங்கிணைந்த ஆப்டிகல் சாமணம் சிப் மேற்பரப்பில் மிக அருகில் அல்லது நேரடியாக இருக்கும் செல்களை மட்டுமே கைப்பற்றி கையாள முடியும். இது சிப்பை மாசுபடுத்துகிறது மற்றும் உயிரணுக்களுக்கு அழுத்தம் கொடுக்கலாம், நிலையான உயிரியல் சோதனைகளுடன் இணக்கத்தன்மையைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

ஒருங்கிணைந்த ஆப்டிகல் ஃபேஸ்டு அரே எனப்படும் ஒரு அமைப்பைப் பயன்படுத்தி, எம்ஐடி ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒருங்கிணைந்த ஆப்டிகல் சாமணத்திற்காக ஒரு புதிய முறையை உருவாக்கியுள்ளனர், இது சிப் மேற்பரப்பில் இருந்து நூறு மடங்கு தொலைவில் உள்ள செல்களை பொறி மற்றும் ட்வீசிங் செய்ய உதவுகிறது.

“சிப்-அடிப்படையிலான ஆப்டிகல் ட்வீஸர்களுக்கான புதிய சாத்தியக்கூறுகளை இந்த வேலை, முன்பு காட்டியதை விட அதிக தூரத்தில் செல்களை பொறித்தல் மற்றும் ட்வீசிங் செய்வதன் மூலம் திறக்கிறது. இந்த தொழில்நுட்பத்தால் இயக்கப்படும் பல்வேறு பயன்பாடுகளைப் பற்றி யோசிப்பது உற்சாகமாக இருக்கிறது,” என்கிறார் ஜெலினா நோட்டாரோஸ். ராபர்ட் ஜே. ஷில்மேன் மின் பொறியியல் மற்றும் கணினி அறிவியலில் (EECS) தொழில் மேம்பாட்டுப் பேராசிரியராகவும், மின்னணுவியல் ஆராய்ச்சி ஆய்வகத்தின் உறுப்பினராகவும் உள்ளார்.

தாளில் நோட்டாரோஸ் இணைந்து முன்னணி எழுத்தாளர் மற்றும் EECS பட்டதாரி மாணவர் Tal Sneh; சப்ரினா கோர்செட்டி, EECS பட்டதாரி மாணவி; மிலிகா நோட்டாரோஸ் PhD '23; க்ருத்திகா கிக்கேரி PhD '24; மற்றும் ஜோயல் வோல்ட்மேன், வில்லியம் ஆர். பிராடி EECS இன் பேராசிரியர். ஆய்வு இன்று வெளிவருகிறது இயற்கை தொடர்பு.

ஒரு புதிய பொறி முறை

ஒளியியல் பொறிகள் மற்றும் சாமணம் சிறிய துகள்களைப் பிடிக்கவும் கையாளவும் ஒளியின் குவிமையத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன. கற்றை மூலம் செலுத்தப்படும் சக்திகள் நுண் துகள்களை மையத்தில் உள்ள தீவிர ஒளியை நோக்கி இழுத்து, அவற்றைப் பிடிக்கும். ஒளிக்கற்றையைத் திசைதிருப்புவதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் நுண் துகள்களை அதனுடன் இழுக்க முடியும், இது தொடர்பற்ற சக்திகளைப் பயன்படுத்தி சிறிய பொருட்களைக் கையாள அவர்களுக்கு உதவுகிறது.

இருப்பினும், ஆப்டிகல் சாமணம் பாரம்பரியமாக ஒரு ஆய்வகத்தில் ஒரு பெரிய நுண்ணோக்கி அமைப்பு தேவைப்படுகிறது, அத்துடன் ஒளியை உருவாக்க மற்றும் கட்டுப்படுத்த பல சாதனங்கள் தேவைப்படுகின்றன, அவை எங்கு, எப்படிப் பயன்படுத்தப்படலாம் என்பதைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

“சிலிக்கான் ஃபோட்டானிக்ஸ் மூலம், இந்த பெரிய, பொதுவாக ஆய்வக அளவிலான அமைப்பை எடுத்து, அதை ஒரு சிப்பில் ஒருங்கிணைக்கலாம். இது உயிரியலாளர்களுக்கு ஒரு சிறந்த தீர்வை அளிக்கிறது, ஏனெனில் இது சிக்கலான மொத்த-ஒளியியல் மேல்நிலை இல்லாமல் ஆப்டிகல் ட்ராப்பிங் மற்றும் ட்வீசிங் செயல்பாட்டை வழங்குகிறது. அமைப்பு,” நோட்டாரோஸ் கூறுகிறார்.

ஆனால் இதுவரை, சிப்-அடிப்படையிலான ஆப்டிகல் சாமணம் சிப் மேற்பரப்பிற்கு மிக அருகில் ஒளியை மட்டுமே வெளியிடும் திறன் பெற்றுள்ளது, எனவே இந்த முந்தைய சாதனங்கள் சிப் மேற்பரப்பில் இருந்து ஒரு சில மைக்ரான் துகள்களை மட்டுமே பிடிக்க முடியும். உயிரியல் மாதிரிகள் பொதுவாக மலட்டுச் சூழலில் சுமார் 150 மைக்ரான் தடிமன் கொண்ட கண்ணாடி அட்டை சீட்டுகளைப் பயன்படுத்தி வைக்கப்படுகின்றன, எனவே அத்தகைய சிப் மூலம் அவற்றைக் கையாள ஒரே வழி செல்களை வெளியே எடுத்து அதன் மேற்பரப்பில் வைப்பதுதான்.

இருப்பினும், இது சிப் மாசுபாட்டிற்கு வழிவகுக்கிறது. ஒவ்வொரு முறையும் ஒரு புதிய பரிசோதனை செய்யும்போது, ​​சிப்பை தூக்கி எறிந்துவிட்டு செல்களை புதிய சிப்பில் வைக்க வேண்டும்.

இந்த சவால்களை சமாளிக்க, எம்ஐடி ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு சிலிக்கான் ஃபோட்டானிக்ஸ் சிப்பை உருவாக்கினர், இது அதன் மேற்பரப்பில் சுமார் 5 மில்லிமீட்டர் கவனம் செலுத்தும் ஒளிக்கற்றையை வெளியிடுகிறது. இந்த வழியில், அவர்கள் ஒரு மலட்டு அட்டை சீட்டுக்குள் இருக்கும் உயிரியல் துகள்களைப் பிடிக்கவும் கையாளவும் முடியும், இது சிப் மற்றும் துகள்கள் இரண்டையும் மாசுபாட்டிலிருந்து பாதுகாக்கிறது.

ஒளியைக் கையாளுதல்

ஒருங்கிணைந்த ஆப்டிகல் கட்ட வரிசை எனப்படும் அமைப்பைப் பயன்படுத்தி ஆராய்ச்சியாளர்கள் இதைச் செய்கிறார்கள். இந்தத் தொழில்நுட்பமானது செமிகண்டக்டர் உற்பத்தி செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி ஒரு சிப்பில் புனையப்பட்ட மைக்ரோஸ்கேல் ஆண்டெனாக்களின் வரிசையை உள்ளடக்கியது. ஒவ்வொரு ஆண்டெனாவும் வெளியிடும் ஆப்டிகல் சிக்னலை மின்னணு முறையில் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், சிப் மூலம் வெளிப்படும் ஒளிக்கற்றையை ஆராய்ச்சியாளர்கள் வடிவமைத்து இயக்க முடியும்.

லிடார் போன்ற நீண்ட தூரப் பயன்பாடுகளால் தூண்டப்பட்டு, பெரும்பாலான முந்தைய ஒருங்கிணைந்த ஆப்டிகல் ஃபேஸ்டு வரிசைகள், ஆப்டிகல் ட்வீஸிங்கிற்குத் தேவையான இறுக்கமான கவனம் செலுத்தப்பட்ட பீம்களை உருவாக்க வடிவமைக்கப்படவில்லை. MIT குழு, ஒவ்வொரு ஆண்டெனாவிற்கும் குறிப்பிட்ட கட்ட வடிவங்களை உருவாக்குவதன் மூலம், அவை ஒரு தீவிர கவனம் செலுத்தப்பட்ட ஒளிக்கற்றையை உருவாக்க முடியும், இது ஆப்டிகல் ட்ராப்பிங் மற்றும் சிப்பின் மேற்பரப்பில் இருந்து மில்லிமீட்டர்களை முறுக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படலாம்.

“மில்லிமீட்டர் அளவிலான தூரத்திற்கு மேல் நுண் துகள்களைப் பிடிக்கும் திறன் கொண்ட சிலிக்கான்-ஃபோட்டோனிக்ஸ்-அடிப்படையிலான ஆப்டிகல் சாமணத்தை இதற்கு முன் யாரும் உருவாக்கவில்லை. இது முந்தைய ஆர்ப்பாட்டங்களுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக அளவிலான பல ஆர்டர்களின் முன்னேற்றம்” என்கிறார் நோட்டாரோஸ்.

சிப்பை இயக்கும் ஆப்டிகல் சிக்னலின் அலைநீளத்தை வேறுபடுத்துவதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு மில்லிமீட்டரை விட பெரிய வரம்பில் கவனம் செலுத்திய கற்றை மற்றும் நுண்ணிய துல்லியத்துடன் இயக்க முடியும்.

அவர்களின் சாதனத்தை சோதிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிறிய பாலிஸ்டிரீன் கோளங்களைப் பிடிக்கவும் கையாளவும் முயற்சித்தனர். அவர்கள் வெற்றியடைந்தவுடன், வோல்ட்மேன் குழுவால் வழங்கப்பட்ட புற்றுநோய் செல்களை பொறி மற்றும் முறுக்குவதற்கு அவர்கள் சென்றனர்.

“உயிர் இயற்பியலுக்கு சிலிக்கான் ஃபோட்டானிக்ஸ் பயன்படுத்தும் செயல்பாட்டில் பல தனித்துவமான சவால்கள் வந்தன” என்று ஸ்னே மேலும் கூறுகிறார்.

மாதிரித் துகள்களின் இயக்கத்தை அரை தானியங்கி முறையில் எவ்வாறு கண்காணிப்பது, துகள்களை சரியான இடத்தில் வைத்திருப்பதற்கான சரியான பொறி வலிமையைக் கண்டறிவது மற்றும் தரவை திறம்பட செயலாக்குவது போன்றவற்றை ஆராய்ச்சியாளர்கள் தீர்மானிக்க வேண்டியிருந்தது.

முடிவில், ஒற்றை-பீம் ஆப்டிகல் சாமணம் மூலம் முதல் செல் சோதனைகளை அவர்களால் காட்ட முடிந்தது.

இந்த முடிவுகளை உருவாக்குவதன் மூலம், ஒளிக்கற்றைக்கு சரிசெய்யக்கூடிய குவிய உயரத்தை இயக்க கணினியை செம்மைப்படுத்த குழு நம்புகிறது. அவர்கள் சாதனத்தை வெவ்வேறு உயிரியல் அமைப்புகளுக்குப் பயன்படுத்த விரும்புகிறார்கள் மற்றும் உயிரியல் துகள்களை மிகவும் சிக்கலான வழிகளில் கையாள ஒரே நேரத்தில் பல பொறி தளங்களைப் பயன்படுத்த விரும்புகிறார்கள்.

இந்த ஆராய்ச்சிக்கு தேசிய அறிவியல் அறக்கட்டளை (NSF), எம்ஐடி ஃபிரடெரிக் மற்றும் பார்பரா க்ரோனின் பெல்லோஷிப் மற்றும் எம்ஐடி ரோல்ஃப் ஜி. லோச்சர் எண்டோவ்ட் பெல்லோஷிப் ஆகியவை நிதியளிக்கின்றன.