صناعة

يطور باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هجين هيدروجيل قوي لا يجف أبدًا

يطور باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هجين هيدروجيل قوي لا يجف أبدًا


يتفهم أي شخص لديه العدسات اللاصقة الإحباط من الاضطرار إلى استبدال العدسة كل يوم أو الاضطرار إلى غمرها في سائل حتى لا تجف. المادة المصنوعة منها عبارة عن هيدروجيل ، وهي مشهورة بالتجفيف في فوضى قشرية إذا لم يتم ترطيبها باستمرار. ومع ذلك ، اكتشف مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الصيف الماضي طريقة لمنع الهلاميات المائية من الجفاف. ستسمح هذه التقنية بالعدسات اللاصقة التي تدوم طويلاً ، والتطورات في الإلكترونيات الحيوية المرنة ، ويمكن أن تصبح مكونًا حيويًا للجلد الاصطناعي.

تتبخر الهلاميات المائية التقليدية بسهولة بمجرد ملامستها للهواء. ولكن ، من خلال ربط البوليمرات المرنة (مثل المطاط والسيليكون ، وكلاهما قابل للتمدد مثل الهلاميات المائية) ، أصبحت الطبقة الخارجية للجيل غير منفذة للماء. يؤدي طلاء الهلاميات المائية بطبقة رقيقة من المطاط الصناعي إلى إنشاء حاجز يمنع الماء من التبخر ، وبالتالي يحافظ على رطوبته ومرونته وقوته.

يقول المهندس الرئيسي للمشروع Xuanhe Zhao ، الأستاذ المساعد في التطوير الوظيفي لـ Robert N. Noyce في قسم الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، إن فكرة المواد ذات الطبقات مستوحاة من الجلد البشري. على غرار البوليمر الهجين ، يتكون الجلد من طبقات متعددة ؛ البشرة الخارجية التي ترتبط بطبقة الأدمة الأساسية. تتمثل الوظائف الرئيسية للبشرة في العمل كدرع لمنع دخول المواد الغريبة إلى الجسم وحماية عضلات وأعضاء الجسم من الجفاف.

[تم تحريره:مصدر الصورة:معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / ميلاني جونيك]

تطبيقات في العالم الحقيقي

يعتبر هجين هيدروجيل - إلاستومر تحسنًا مفاجئًا في الجلد. الرابطة بين البوليمر المرن والهيدروجيل هي مرات عديدة أقوى من الرابطة بين البشرة والأدمة. يتم إجراء مزيد من التحسينات من خلال تنفيذ قنوات صغيرة في المادة الهجينة لتعمل كأوعية دموية اصطناعية. تحتوي المتغيرات الأخرى للمادة على دوائر أيونية معقدة مضمنة يمكنها محاكاة الشبكات العصبية.

لاختبار المادة ، أخضع الباحثون المطاط الصناعي للأشعة فوق البنفسجية. حتى بعد 48 ساعة في بيئة معملية جافة ، ظلت كتلة المادة متطابقة تقريبًا ، مما يؤكد احتفاظ الهيدروجيل بمعظم الرطوبة. فحصت اختبارات أخرى مقدار القوة المطلوبة لفصل المطاط الصناعي عن الهيدروجيل. وقد تقرر أن هناك حاجة إلى قوة تزيد عن 1000 جول لكل متر مربع للفصل بين الاثنين ، وهي قوة أعلى بكثير من القوة اللازمة لفصل بشرة الجلد عن الأدمة.

يقول تشاو: "هذا أقوى حتى من الجلد". "يمكننا أيضًا شد المادة إلى سبعة أضعاف طولها الأصلي ، ولا تزال الرابطة قائمة." وتابع قائلاً: "نأمل أن يمهد هذا العمل الطريق لجلد اصطناعي ، أو حتى روبوتات ذات بشرة ناعمة ومرنة للغاية ذات وظيفة بيولوجية".

يمكن أن ترى تطبيقات أخرى أنه يستخدم كضمادة "ذكية". يمكن لأجهزة الاستشعار الإلكترونية المدمجة مراقبة مستويات الأكسجين وضغط الدم والمعلومات الحيوية الأخرى - كل ذلك مع القدرة على التوافق مع الجسم المتحرك باستمرار.

عرض الحمل الحراري للمواد الكيميائية عبر قنوات الجلد[مصدر الصورة:معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا]

تعمل القنوات كشبكة بسيطة من الأوعية الدموية ، قادرة على نقل وتوزيع السوائل من خلال المادة. يعتقد الباحثون أن مادة المطاط الصناعي الهجين يمكن استخدامها كضمادة موائع دقيقة قابلة للتمدد قادرة على إيصال الأدوية عبر الجلد.

يقول يوك: "لقد أظهرنا أنه يمكننا استخدام هذا كدائرة ميكروفلويديك قابلة للتمدد". "في جسم الإنسان ، الأشياء تتحرك وتنحني وتشوه. هنا ، يمكننا ربما إجراء موائع دقيقة ونرى كيف يتصرف [الجهاز] في جزء متحرك من الجسم. "

للمضي قدما

تأمل مجموعة الباحثين في تطوير المادة لتكون مفيدة عبر مجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك كجهاز إلكتروني يمكن ارتداؤه وكضمادة توصيل دواء عند الطلب يتم إجراء المزيد من الأبحاث لاختبار جدوى إنشاء عدسات لاصقة غير مجففة ومثبتة في الدائرة مما يؤدي إلى احتمال وجود عدسات أكثر متانة.

يقول تشاو: "في النهاية ، نحاول توسيع نطاق حجة استخدام الهلاميات المائية كمجموعة أدوات هندسية متقدمة".

راجع أيضًا: ابتكر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أقوى مادة في العالم

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: مصر تستطيع - MIT يختار د. يمنى عبد الرحمن ضمن أفضل 70 إمرأة باحثة في العالم