علماء يلتقطون ضوضاء منخفضة المستوى لبكتيريا واحدة باستخدام الغرافين

الضوضاء التي تولدها البكتيريا

أثناء مراقبة أساسيات ميكانيكا الغرافين، تساءل العلماء عما يمكن أن يحدث إذا لامس الغرافين جسماً بيولوجياً واحداً، ولتحديد ذلك، قام العلماء، بالتعاون مع مجموعة البيولوجيا النانوية ومجموعة الميكانيكا النانوية لبيتر ستينكن، بإجراء تجارب على بكتيريا إي كولي.

علماء يلتقطون ضوضاء منخفضة المستوى لبكتيريا واحدة باستخدام الغرافين

عندما تتلامس البكتيريا مع اسطوانات مصنوعة من الغرافين ثنائي الطبقة فائق النحافة، فإنها تولد اهتزازاً عشوائياً بسعة تصل إلى 60 نانومتر، وفي نفس الوقت، فإنه يمارس ما يصل إلى 6 نانومتر على بيئته.

- ما الذي يسبب هذه التذبذبات الصغيرة؟

الجواب هو العمليات البيولوجية للبكتيريا، مع المساهمة الرئيسية من سوطها، وهي ذيول على سطح الخلية والتي تحرك البكتيريا.

قال الدكتور فاربود أليجاني، الذي قاد الدراسة: "ما رأيناه كان مذهلاً، عندما تلتصق بكتيريا واحدة بسطح أسطوانة الغرافين، فإنها تولد اهتزازات عشوائية بسعة منخفضة تصل إلى بضعة نانومترات يمكننا اكتشافها، كما يمكننا سماع صوت بكتيريا واحدة".

"لفهم مدى ضآلة هذه الضربات السوطية على الغرافين، من الجدير بالقول أنها أصغر بمقدار 10 مليارات مرة على الأقل من لكمة الملاكم عند الوصول إلى كيس الملاكمة، ومع ذلك، يمكن تحويل هذه النغمات ذات النطاق النانوي إلى موسيقى تصويرية والاستماع إليها، وهذا رائع".

ولاحظ العلماء أن "هذا البحث له آثار هائلة للكشف عن مقاومة المضادات الحيوية، فقد كانت النتائج التجريبية لا لبس فيها: إذا كانت البكتيريا مقاومة للمضاد الحيوي، استمرت التذبذبات على نفس المستوى، وعندما كانت البكتيريا حساسة للعقار، انخفضت الاهتزازات حتى ساعة أو ساعتين بعد ذلك، لكنها اختفت تماماً بعد ذلك، وبفضل الحساسية العالية لأسطوانات الغرافين، يمكن اكتشاف هذه الظاهرة باستخدام خلية واحدة فقط".

منصة الحساسية للمضادات الحيوية من الغرافين أحادية الخلية

وقال فاربود أليجاني: "بالنسبة للمستقبل، نهدف إلى تحسين منصة الحساسية للمضادات الحيوية من الغرافين أحادية الخلية والتحقق من صحتها مقابل مجموعة متنوعة من العينات المسببة للأمراض، بحيث يمكن استخدامه في النهاية كأداة تشخيصية فعالة للكشف السريع عن مقاومة المضادات الحيوية في الممارسة السريرية".

واستنتج بيتر ستينكن: "سيكون هذا أداة لا تقدر بثمن في مكافحة مقاومة المضادات الحيوية، وهو تهديد متزايد باستمرار لصحة الإنسان في جميع أنحاء العالم".