الاشعة السينية اللينة في الطب الذكي

الاشعة السينية اللينة

تعرف الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة (والطول الموجي الأطول) باسم الأشعة السينية اللينة لأنها تستطيع الاختراق، وتستخدم الأشعة السينية الصلبة على نطاق واسع للتصوير داخل الأجسام المعتمة بصريًا.

يستخدم مجهر الأشعة السينية الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الأشعة السينية الناعمة لإنتاج صور لأجسام صغيرة جدًا، حيث لا تنعكس الأشعة السينية أو تنكسر بسهولة وهي غير مرئية للعين البشرية على عكس الضوء المرئي.

ما هو طب تقنية النانو

يشير طب النانو إلى مجال العلم الذي يجمع بين تقنية النانو والأدوية أو جزيئات التشخيص لتحسين القدرة على استهداف خلايا أو أنسجة معينة، وتتم إنتاج هذه المواد على مستوى النانو، وهي آمنة لإدخالها في الجسم، وتشمل تطبيقات تقنية النانو في الطب المتعلقة بالتصوير أو التشخيص أو توصيل الأدوية، والتي ستساعد المهنيين الطبيين في علاج الأمراض المختلفة.

يعد تحسين قدرة التقنيات النانوية على استهداف خلايا أو أنسجة معينة ذا أهمية كبيرة للشركات المنتجة للأدوية النانوية ويتضمن هذا المجال من البحث ربط الجسيمات النانوية بالأدوية أو الجسيمات الشحمية لزيادة توطين معين نظراً لأن أنواع الخلايا المختلفة لها خصائص فريدة ويمكن استخدام تقنية النانو “للتعرف” على الخلايا ذات الأهمية هذا يسمح للأدوية والعلاجات المصاحبة بالوصول إلى الأنسجة المريضة مع تجنب الخلايا السليمة.

رغم أن هذا المجال بحثي واعد، فإن هناك عدد قليل جدا من الأدوية النانوية التي تستخدم تقنية النانو بنجاح في هذا الصدد، وذلك يعود إلى المعلمات غير المحددة التحديد المرتبطة بتوافق النسبة الصحيحة أو مجموعة الجسيمات النانوية مع العقار المستخدم.

الفحص المجهري بالأشعة السينية

قبل أن تتحقق الإمكانات الكبيرة لحملات النانو الصغيرة في توفير الأدوية المركزة للغاية وتنظيف البيئة، يرغب العلماء في أول الأمر في أن يكونوا قادرين على رؤيتها. ويجب أن يعتمد الباحثون حاليا على إرفاق الأصباغ الفلورية أو المعادن الثقيلة بمكونات الملصقات المستخدمة في بناء حملات النانو الطبيعية للتحقيق، وعادة ما يتم تعديلها في غضون ذلك.

• ظهرت طريقة جديدة تستخدم الأشعة السينية الحساسة `اللينة` من الناحية الكيميائية، وهي طريقة أسهل وغير معطلة لاكتساب المعرفة في عالم النانو. أظهرت دراسة نشرت في Nature Communications قدرات طريقة الأشعة السينية على كشف الجسيمات النانوية الذكية وتزويد الأدوية بتركيبة نانوية متعددة، ومن المتوقع أن تستخدم في استخلاص النفط الخام المتسرب داخل المحي.
• تم تطوير تقنية جديدة لدراسة البنية الداخلية للحوامل النانوية والكيمياء والسلوك البيئي، دون تصنيف محدد، وهي قدرة جديدة لم تكن متاحة حتى الآن.
• وفقا لبرايان كولينز، عالم الفيزياء في جامعة ولاية واشنطن وكاتب المقال حول الفحص الحالي، يحتاج المرء إلى العلامات الفلورسنت لرؤية داخل ناقلات النانو، ولكن يمكن تعديل بنيتها وسلوكها، خاصة إذا كانت مصنوعة من مواد قائمة على الكربون. باستخدام هذه التقنية الجديدة، يمكننا النظر داخل هذه الناقلات النانوية وتحليل هوياتها وتركيزاتها الكيميائية، كل ذلك في حالتها الطبيعية تماما، بما في ذلك بيئتها المائية.

هل تقنية النانو هي مستقبل الطب

في بعض الأحيان يتم إنتاج ناقلات النانو العضوية التي تستخدم لنقل الأدوية، من جزيئات الكربون التي يمكن أن تتفاعل أو لا تتفاعل مع الماء، حيث تتراكم هذه الجزيئات المحبة للماء والطارئة للماء معا وتتجمع في الماء بشكل ذاتي مع اختباء الجزء الغير متفاعل للماء داخل غلاف مكون من أجزاء متفاعلة للماء.

• قد يستخدم الطب المضاد للماء تقنية تصميم الدواء لإطلاق العلاج داخل الغلاف الجوي المصاب فقط، وفي بعض الأحيان يمكن للناقل النانوي أن يتيح العلاج الكيميائي الذي يقتل معظم خلايا السرطان دون إيذاء المريض وبالتالي توفير جرعات أبسط.
• في حين يمكن إنشاء ناقلات النانو بهذه الطريقة لا يمكن للباحثين ببساطة رؤية الطباعة الصغيرة لمبانيهم وحتى كيف يبقى الكثير من الأدوية في الداخل أو يتسرب منها ويمكن أن يسلط استخدام ملصقات الفلورسنت الضوء على مكونات ناقلات النانو حتى تجعلها تلمع ولكنها بالإضافة إلى ذلك تغير الحاملات في غضون ذلك عادةً بشكل كبير.
• بدلا من ذلك، يتم استخدام النهج الذي طوره كولينز وزملاؤه، وهو الأشعة السينية الرنانة الدقيقة، لفحص ناقلات النانو. وتعد الأشعة السينية اللينة نوعا خاصا من أشعة الشمس، تقع بين الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة والشديدة، وهي النوع المستخدم في المستندات لرؤية العظام التالفة. وتتم امتصاص هذه الأشعة السينية الخاصة من خلال كل شيء تقريبا، جنبا إلى جنب مع الهواء، لذا فإن النهج الجديد تماما يتطلب جوا مفرطا من الفراغ.
• طوّر فريق كولينز طريقة دقيقة لاستخدام الأشعة السينية في دراسة الإلكترونيات البلاستيكية القابلة للطباعة والمبنية على الكربون، بهدف استخدامها في تطوير هذه الناقلات النانوية الطبيعية المبنية على الماء والقادرة على اختراق شريحة نحيفة من الماء.

خصائص الأشعة السينية

• تم اختيار ألوان الأشعة السينية في هذا الفحص لإضاءة مكونات مختلفة تمامًا لحامل نانوي طبي ذكي، عبر روابطهم المميزة، حيث تمتص كل رابطة كيميائية طولًا موجيًا خاصًا أو ظلًا للأشعة السينية الرقيقة.
• وقال كولينز: تم ضبط لون الأشعة السينية بشكل أساسي للتمييز بين الروابط الموجودة في الجزيء، وهذا سمح للباحثين بتحديد كمية ونوع القماش في الجوهر الداخلي والأبعاد والمحتوى المائي داخل الغلاف النانوي المحيط بالإضافة إلى كيفية استجابة الناقل النانوي للغلاف الجوي المتغير.
• بالإضافة إلى ذلك استخدموا نهج الأشعة السينية الدقيق للبحث في مادة البولي صابون النانوية التي تم تطويرها للاستيلاء على النفط الخام المتسرب داخل المحيط حيث يمكن أن تخلق Polysoaps حاملة نانوية من جزيء واحد مما يزيد من مساحة الأرضية الخاصة بها لالتقاط الهيدروكربونات المماثلة لتلك الموجودة في انسكاب الزيت.
• تم اكتشاف من قبل الباحثين أن البنية الشبيهة بالإسفنج للبولي صابون يمكن أن تستمر من التركيزات المفرطة إلى الضعيفة، مما يجعلها أكثر بساطة في الاستخدام العملي. وأشار كولينز إلى أنه من المهم للباحثين أن يتمكنوا من فحص كل هذه الهياكل عن كثب لتجنب التجربة والخطأ الغالي.
• وأشار كولينز إلى أن هذا النهج ينبغي أن يسمح للباحثين بتقييم عادات تلك المباني في بيئات متعددة في بعض الأحيان، وبالنسبة للإمداد الذكي بالعقاقير قد تكون هناك درجات حرارة مختلفة تماما ونطاقات مختلفة لدرجة الحموضة والمحفزات داخل الجسم، ويرغب الباحثون في معرفة ما إذا كانت الهياكل النانوية تحتفظ بشكل جماعي حتى في الظروف المناسبة لاستخدام الدواء.
• إذا قرروا ذلك في وقت مبكر خلال مسار النمو فغالباً ما يكونون على يقين إضافي من أن ناقلات النانو ستعمل في وقت أبكر من الاستثمار في الأبحاث الطبية التي تستغرق وقتاً طويلاً وقال كولينز: “نتصور أن هذه التقنية الجديدة ستمكن من وتيرة أسرع بكثير ودقة أعلى في تصميم وتطوير هذه التقنيات الجديدة المثيرة”.

إنتاج الأشعة السينية

نظراً لأن الأشعة السينية عبارة عن فوتونات عالية الطاقة لها طبيعة كهرومغناطيسية فيمكن إنتاجها عندما تصطدم جسيمات مشحونة (إلكترونات أو أيونات) ذات طاقة كافية بمادة ما وإنه مشابه للتأثير الكهروضوئي حيث يمكن إبادة الفوتونات عندما تضرب الصفيحة المعدنية  حيث يسلم كل واحد طاقته الحركية إلى إلكترون.

يمكن توليد الأشعة السينية بواسطة أنبوب الأشعة السينية وهو أنبوب مفرغ يستخدم جهداً عالياً لتسريع الإلكترونات الصادرة عن الكاثود الساخن إلى سرعة عالية ويجب تسخين الكاثود من أجل إصدار الإلكترونات وتُوجَّه الإلكترونات التي يتم تسريعها بفعل الاختلافات المحتملة لعشرات الآلاف من الفولتات نحو هدف معدني (عادةً ما يكون مصنوعاً من التنجستن أو أي معدن ثقيل آخر) في أنبوب مفرغ.

كلما زاد الجهد بين الأقطاب الكهربائية زادت الطاقة التي ستحصل عليها الإلكترونات وعند ضرب الهدف تتوقف الإلكترونات المتسارعة فجأة وتتولد الأشعة السينية والحرارة ويتم تحويل معظم الطاقة إلى حرارة في الأنود (والتي يجب تبريدها) حيث يتم تحويل 1٪ فقط من الطاقة الحركية للإلكترونات إلى أشعة سينية وعادة ما يتم إنشاء الأشعة السينية بشكل عمودي على مسار شعاع الإلكترون.