موجودات زیادی در سیاره ما با حواس پیشرفته‌تر از انسان وجود دارند؛ لاک‌پشت‌ها می‌توانند میدان مغناطیسی زمین را حس کنند، میگوی مانتیس می‌تواند نور پلاریزه را تشخیص دهد، فیل‌ها می‌توانند فرکانس‌های بسیار پایین‌تری را نسبت به انسان‌ها بشنوند، پروانه‌ها نیز می‌توانند طیف وسیع‌تری از رنگ‌ها ازجمله اشعه فرابنفش (UV) را درک کنند. اکنون دانشمندان با الهام از سیستم بینایی یک پروانه، یک حسگر تصویربرداری ساخته‌اند که می‌تواند سلول‌های سرطانی را از سلول‌های طبیعی با دقت 99 درصد تمایز دهد.

براساس مقاله منتشرشده در Science Advances، تیمی از محققان با الهام از سیستم بینایی پیشرفته پروانه «Papilio xuthus» یک حسگر تصویربرداری ایجاد کرده‌اند که قادر به دیدن محدوده فرابنفش است که چشم انسان نمی‌تواند آن را ببیند. این حسگر با استفاده از چند لایه فتودیود و نانوبلورهای پروسکایت (PNC) قادر است از طول‌موج‌های مختلف در محدوده UV تصویربرداری کند. این فناوری جدید تصویربرداری با استفاده از نشانگرهای طیفی زیست‌پزشکی، مانند اسیدهای آمینه، حتی می‌تواند سلول‌های سرطانی را با اطمینان 99 درصد تشخیص دهد.

الهام از سیستم بینایی پروانه برای ساخت حسگر تصویربرداری تشخیص سرطان

نور فرابنفش یا UV تابش الکترومغناطیسی با طول‌موج کوتاه‌تر از نور مرئی است. این نور براساس محدوده طول‌موج‌های مختلف به سه ناحیه UVB ،UVA و UVC طبقه‌بندی می‌شود. از آنجایی که انسان نمی‌تواند نور UV را ببیند، کسب اطلاعات UV، به‌ویژه تشخیص تفاوت‌های کوچک بین هر منطقه، دشوار است.

بااین‌حال، پروانه‌ها می‌توانند این تغییرات کوچک در طیف UV را ببینند؛ مانند انسان‌ها که متوجه تغییر رنگ از آبی به سبز می‌شوند. انسان‌ها دارای سه گیرنده نوری قرمز، سبز و آبی هستند و تنها رنگ‌های ترکیب این سه را درک می‌کنند. در مقابل، پروانه‌ها چشم‌های مرکب با شش گیرنده نوری با حساسیت طیفی مشخص دارند. به‌طور خاص، Papilio xuthus، پروانه‌ای زرد و آسیایی با دم چلچله‌ای، نه‌تنها دارای گیرنده‌های آبی، سبز و قرمز است، بلکه گیرنده‌های بنفش و فرابنفش نیز دارد. علاوه‌براین، پروانه‌ها دارای رنگدانه‌های فلورسنت هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد نور UV را به نور مرئی تبدیل کنند. این قابلیت به آن‌ها اجازه می‌دهد تا طیف وسیع‌تری از رنگ‌ها و جزئیات را در محیط خود درک کنند.

محققان برای تقلید از سیستم بینایی این پروانه، لایه نازکی از PNC را با مجموعه‌ای از فتودیودهای سیلیکونی ترکیب کردند. PNC دسته‌ای از نانوکریستال‌های نیمه‌رسانا هستند. در سنسور تصویربرداری جدید، لایه PNC قادر است فوتون‌های UV را جذب کرده و نور را در طیف مرئی (سبز) منتشر کند که سپس توسط فتودیودهای سیلیکونی شناسایی می‌شود.

از آنجایی که سلول‌های سرطانی و سالم دارای غلظت‌های متفاوتی از نشانگرهای زیست‌پزشکی و درنتیجه ویژگی‌های طیفی متفاوتی هستند، این دو دسته از سلول‌ها را می‌توان براساس فلورسانس آن‌ها در طیف UV متمایز کرد. این حسگر جدید می‌تواند با اطمینان 99 درصد بین سرطان و سلول‌های سالم تمایز بگذارد.