تم ابتكار مادة استشعار ذاتية الشفاء

يمكن استخدام المادة الجديدة في صناعة الأطراف الاصطناعية، وكذلك في صناعة الأجهزة الإلكترونية.

يسعى العلماء منذ سنوات طويلة إلى ابتكار مادة تُحاكي جلد الإنسان، تتمتع بنفس الخصائص وتؤدي وظائف مماثلة. أهم خصائص الجلد التي يسعى العلماء إلى استعادتها هي الحساسية والقدرة على الشفاء. بفضل هذه الخصائص، يُرسل جلد الإنسان إشارات إلى الدماغ حول درجة الحرارة والضغط، ويُشكل حاجزًا واقيًا ضد العوامل البيئية المُهيجة.

ومن خلال العمل المضني، نجح فريق أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة ستانفورد، جينان باو، لأول مرة في إنشاء مادة تجمع بين هاتين الصفتين.

على مدى السنوات العشر الماضية، طُوِّرت نماذج عديدة من "الجلد الاصطناعي"، ولكن حتى أكثرها تطورًا عانت من عيوب خطيرة. بعضها يتطلب درجات حرارة عالية للشفاء، مما يجعل استخدامها في الظروف المنزلية اليومية مستحيلًا. بينما يُرمَّم البعض الآخر في درجة حرارة الغرفة، ولكن أثناء الترميم يتغير تركيبه الميكانيكي أو الكيميائي، مما يجعله في الواقع قابلًا للاستخدام مرة واحدة. والأهم من ذلك، لم تكن أي من هذه المواد موصلة جيدة للكهرباء.

وقد أحرز جينان باو وزملاؤه خطوة كبيرة إلى الأمام في هذا الاتجاه، حيث قاموا لأول مرة بالجمع بين خصائص الشفاء الذاتي لبوليمر بلاستيكي والتوصيل الكهربائي للمعدن في مادة واحدة.

بدأ العلماء ببلاستيك يتكون من سلاسل طويلة من الجزيئات المرتبطة بروابط هيدروجينية. هذا الارتباط ضعيف نسبيًا بين المنطقة الموجبة الشحنة من ذرة والمنطقة السالبة الشحنة من ذرة أخرى. سمح هذا الهيكل للمادة بالالتئام الذاتي بفعالية بعد التأثيرات الخارجية. تتحلل الجزيئات بسهولة، ثم تعود للاتصال بشكلها الأصلي. وكانت النتيجة مادة مرنة شبّهها العلماء بالحلوى المحفوظة في الثلاجة.

أضاف العلماء جسيمات دقيقة من النيكل إلى هذا البوليمر المرن، مما زاد من متانة المادة الميكانيكية. كما زادت هذه الجسيمات من موصليتها الكهربائية، إذ ينتقل التيار الكهربائي بسهولة من جسيم دقيق إلى آخر.

كانت النتيجة مطابقةً لجميع التوقعات. ولخّصت جينان باو قائلةً: "معظم المواد البلاستيكية عازلة جيدة، لكننا حصلنا على موصل ممتاز".

بعد ذلك، اختبر العلماء قدرة المادة على التعافي. قطعوا قطعة صغيرة منها إلى نصفين بسكين. بالضغط الخفيف على الجزأين الناتجين معًا، وجد الباحثون أن المادة استعادت 75% من قوتها وموصليتها الكهربائية الأصلية. وبعد نصف ساعة، استعادت المادة خصائصها الأصلية تمامًا.

"حتى جلد الإنسان يستغرق بضعة أيام للشفاء. لذا أعتقد أننا حققنا نتيجة جيدة جدًا"، كما قال زميل باو، بنيامين تشي كيون تي.

كما نجحت المادة الجديدة في اجتياز الاختبار التالي بنجاح - 50 دورة قطع واسترداد.

لن يتوقف الباحثون عند هذا الحد. في المستقبل، يسعون إلى تحسين استخدام جزيئات النيكل في المادة، فهي لا تزيد من قوتها وتحسن توصيلها الكهربائي فحسب، بل تُقلل أيضًا من قدرتها على الالتئام الذاتي. استخدام جزيئات معدنية أصغر قد يزيد من فعالية المادة.

بقياس حساسية المادة، وجد العلماء أنها قادرة على استشعار الضغط بقوة المصافحة والاستجابة له. ولذلك، يثق باو وفريقه بإمكانية استخدام اختراعهم في الأطراف الاصطناعية. كما يخططون لجعل مادتهم رقيقة وشفافة قدر الإمكان، بحيث يمكن استخدامها في طلاء الأجهزة الإلكترونية وشاشاتها.

[ 1 ]، [ 2 ]، [ 3 ]