PERAN MEKANIKA KUANTUM DALAM TEKNOLOGI KESEHATAN

Posted by goresan refleksi on Thursday, July 09, 2020 in Teknologi Sains | 1 comment

Virus korona telah memicu keadaan darurat global. Virus menyebar dengan cepat tanpa memandang perbatasan nasional. Seiring berjalannya waktu, umat manusia selalu menghadapi penyakit baru, menyebar dengan cepat seperti api di wilayah berpenduduk Sepanjang sejarahnya, umat manusia harus berjuang melawan penyakit-penyakit baru yang muncul entah dari mana, menyebar seperti api dan meninggalkan banyak orang mati. Di masa lalu, wabah bakteri sering menjadi sumber teror itu. Sejak kelahiran kedokteran modern, bagaimanapun, virus-virus baru telah mengambil alih kehancuran. Contohnya flu Spanyol, yang menewaskan hingga 100 juta orang seabad lalu, dan belakangan, HIV, yang telah menyebabkan sekitar 32 juta kematian hingga saat ini. Hanya masalah waktu sebelum pandemi yang menghancurkan lainnya, dan meskipun ahli epidemiologi tidak tahu jenis virusnya, mereka tahu bahwa itu akan berbeda dari apa pun yang disaksikan sebelumnya.

Para ilmuwan di seluruh dunia berlomba untuk memahami lebih lanjut tentang virus penyebab Covid-19 yang merupakan penyakit coronavirus terbaru yang disebut SARS-CoV-2. Para ilmuwan berusaha memahami virus dan mengembangkan vaksin dan perawatan. Jon Cartwright melihat bagaimana fisika memainkan peran penting dalam pertarungan melawan pandemi ini. Terutama peran dari fisika kuantum dalam menangani pandemi ini. Dalam fisika kuantum, kita berurusan dengan ukuran pada skala atomik dan bahkan subatomik guna mempelajari karakteristik/sifat partikel. Kita perlu biologi strutural untuk memahami SARS-CoV-2, studi tentang bentuk dan fungsi makromulekul biologis. Teknik berbasis fisika memainkan peran besar dalam bidang biologi struktural. Sebagian besar struktur makromolekul biologis diperoleh dengan kristalografi sinar-X.

Molekul biologis tunggal juga mendifraksi sinar-X, tetapi sangat lemah. Kristalisasi, seperti yang digunakan Bernal dan Hodgkin untuk pepsin sangat membantu karena menghasilkan pengulangan sejumlah besar molekul dalam kisi 3D yang dipesan, sehingga semua sinyal kecil mereka saling memperkuat satu sama lain dan menjadi terdeteksi - oleh pelat foto pada masa-masa awal dan oleh detektor piksel. Sinyal-sinyal ini bukan gambar dari molekul, karena tidak ada bahan yang secara substansial dapat membias, dan dengan demikian fokus, tersebar sinar-X. Sebaliknya, sinyal hanyalah jumlah kontribusi sinar-X yang difraksi dari bagian molekul yang berbeda. Untuk memisahkan kontribusi ini, ahli biologi struktural bergantung pada alat matematika - transformasi Fourier. Kontribusi yang dihitung kemudian disamakan dengan struktur atom yang mungkin dengan banyak interpretasi yang cermat (dan sekarang sebagian besar digerakkan oleh komputer).

Tentu saja, untuk mendapatkan sinyal di tempat pertama membutuhkan sinar-X. Saat ini, sumber radiasi synchrotron - fasilitas besar yang mempercepat elektron dalam cincin kontinu - ideal untuk kristalografi makromolekul karena mereka menghasilkan sinar-X intensitas tinggi dengan penyebaran panjang gelombang yang sangat sempit. Pada mesin-mesin ini, menurut Wlodawer, set data difraksi yang akan memakan waktu berbulan-bulan dengan sinar-X dari generator anoda putar tradisional hanya memerlukan beberapa detik untuk mengkompilasi. Di bawah ini merupakan struktur kristal protease utama covid 19 di kompleks dengan inhibitor N3.

Pertama kali diungkapkan menggunakan kristalografi sinar-X di Fasilitas Synchrotron Shaghai di Cina. Kita mungkin telah melihat gambar paku SARS-CoV-2, yang membentuk "korona" di sekitar bola.

Lonjakan membantu virus untuk merambat ke sel inang. gambar protein luar ini diperoleh oleh para peneliti di AS menggunakan mikroskop elektron kriogenik.

Dimana gambar tersebut adalah grid yang dibekukan dengan flash kemudian dipindai dengan mikroskop elektron. Memahami lonjakan ini dapat membantu mengembangkan vaksin. Mengekspos sel ke partikel yang tidak berbahaya dengan fitur eksternal yang sama dapat membantu tubuh membangun kekebalan. Perkembangan teknologi seperti ini mendorong perintis pertama ke dalam desain obat rasional, di mana para ilmuwan mempelajari struktur dan fungsi molekul untuk mencari tahu obat apa yang mungkin mengikat mereka dan dalam kasus virus, mencegah mereka dari replikasi. Sehingga teknologi tersebut dapat membantu para ilmuan untuk menemukan/menciptakan vaksin untuk Covid19.

Selain itu, Tim fisikawan kuantum dari laboratorium penelitian yang berbasis di UEA telah mengembangkan tes laser cepat untuk mendeteksi pasien COVID-19, yang dapat mengurangi waktu pengujian menjadi beberapa detik dengan tingkat akurasi 85-90 persen dan memiliki potensi untuk menggantikan pemeriksaan usap hidung dan darah saat ini yang membutuhkan beberapa jam untuk diproses. Tes ini menggunakan laser untuk mendeteksi perubahan dalam darah yang dapat mengidentifikasi pembawa sebelum menular. Menurut para peneliti yang terlibat dalam proyek tersebut terdapat perubahan yang signifikan antara sel darah yang tidak sehat dan sel darah yang sehat. Sel-sel darah orang sehat tampak bulat dalam bentuk di bawah sinar laser, tetapi sel-sel yang tidak sehat terlihat cacat dan tersebar. Jika menyinari laser pada sel darah  yang terinfeksi, sel darah berubah bentuk atau berubah bentuk, ukuran, kerapatan, morfologi. Ada berbagai macam perubahan dalam sel darah. Namun dalam hal ini, peneliti masih melakukan penelitian atau pengembangan terhadap alat tersebut demi memperoleh keakuratan yang tinggi, sehingga tidak ada kesalahan saat dilakukan tes terhadap pasien yang positi Covid-19.

Berdasarkan uraian di atas, fisika memiliki peranan penting dalam penanganan pandemi ini, terutama fisika kuantum. Fisika kuantum yang masih terus berkembang hingga saat ini akan memberikan manfaat yang luar biasa bagi kehidupan manusia.