باحثون يطوّرون مادة ذاتية الالتئام تشبه جلد الإنسان

تمكَّن فريق من الباحثين من تطوير "هيدروجيل" فريد من نوعه، يجمع بين القوة والمرونة وقدرات الالتئام الذاتي، ما يفتح الباب أمام تطبيقات واعدة في مجالات مثل توصيل الأدوية، والتئام الجروح، وأجهزة الاستشعار في الروبوتات اللينة، والجلد الاصطناعي.
وتُعد الدراسة المنشورة في دورية "نيتشر ماتريالز" Nature Materials خطوة كبيرة نحو محاكاة خصائص الجلد البشري في المواد الاصطناعية.
ويُعتبر الهيدروجيل مواد هلامية ناعمة وقابلة للتمدد، تُستخدم بشكل شائع في الحياة اليومية، من مستحضرات التجميل إلى المكونات الغذائية.
خصائص الجلد البشري
فيما يتميز الجلد البشري بخصائص فريدة يصعب تكرارها، إذ يجمع بين الصلابة والمرونة، بالإضافة إلى قدرته المذهلة على الالتئام الذاتي، غالباً في غضون 24 ساعة بعد الإصابة.
حتى الآن، لم تتمكن المواد الهلامية الاصطناعية من الجمع بين هذه الخصائص، لكن الباحثين نجحوا في تطوير هيدروجيل ذي بنية فريدة، تتغلب على هذه القيود، من خلال إضافة صفائح نانوية رقيقة جداً من الطين إلى الهيدروجيل، مما أدى إلى تكوين بنية عالية التنظيم مع بوليمرات متشابكة بكثافة بين الصفائح النانوية.
ويكمن سر هذه المادة في الترتيب المنظم للصفائح النانوية، بالإضافة إلى التشابك الديناميكي للبوليمرات بينها. ووصف المؤلف الرئيسي للدراسة، تشين ليانج، العملية بأنها "بسيطة مثل الخبز".
هيدروجيل ذاتي الالتئام
ولصناعة الهيدروجيل ذاتي الالتئام، اتبع الفريق عملية دقيقة ومبتكرة تعتمد على دمج الصفائح النانوية الطينية مع البوليمرات، لإنشاء بنية فريدة تجمع بين القوة والمرونة وقدرات الالتئام الذاتي.
وتبدأ العملية بتحضير خليط من مسحوق المونومرات -جزيئات صغيرة قادرة على الارتباط لتشكيل بوليمرات- مع الماء الذي يحتوي على صفائح نانوية طينية رقيقة بشكل استثنائي، والتي صممت خصيصاً لتعزيز الخصائص الميكانيكية للهيدروجيل.
وبعد تحضير الخليط، يتم تعريضه للأشعة فوق البنفسجية باستخدام مصباح مخصص، وهي عملية مشابهة لتلك المستخدمة في تثبيت طلاء الأظافر الهلامي.
وتؤدي الأشعة فوق البنفسجية إلى تفاعل كيميائي، يربط جزيئات المونومرات معاً، مما يحوّل الخليط السائل إلى مادة هلامية مرنة وصلبة، وخلال هذه العملية، تترتب الصفائح النانوية الطينية بشكل منتظم، مما يخلق بنية عالية التنظيم.
وقال الباحثون إن أحد العناصر الرئيسية في هذه العملية هو التشابك الديناميكي للبوليمرات بين الصفائح النانوية، فعندما تتعرض البوليمرات للأشعة فوق البنفسجية، تبدأ في الالتفاف حول بعضها البعض بشكل عشوائي، مما يخلق شبكة كثيفة ومتشابكة تشبه خيوط الصوف الدقيقة.
ويجعل هذا التشابك العشوائي البوليمرات ديناميكية للغاية على المستوى الجزيئي، مما يسمح لها بالتحرك، وإعادة التشابك عند قطع المادة أو إتلافها.
وبعد الانتهاء من عملية التشابك، يصبح الهيدروجيل الناتج قوياً ومرناً، مع قدرة مذهلة على الالتئام الذاتي، وعند قطع المادة، تبدأ البوليمرات المتشابكة في إعادة الارتباط تلقائياً، مما يؤدي إلى التئام الجروح، أو الشقوق في المادة.
وعلى سبيل المثال، بعد أربع ساعات من القطع، تلتئم المادة بنسبة 80 إلى 90%، وعادة ما تكون قد التحمت بالكامل بعد 24 ساعة.
وتسمح هذه العملية البسيطة نسبياً، بإنشاء هيدروجيل بسُمْك مليمتر واحد يحتوي على ما يصل إلى 10 آلاف طبقة من الصفائح النانوية، مما يمنح المادة صلابة مماثلة لجلد الإنسان ودرجة عالية من المرونة.
خطوة كبيرة
ويُمثّل هذا التقدم خطوة كبيرة نحو تطوير مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة، مع إمكانيات تطبيقية واسعة في مجالات مثل الطب والروبوتات والتكنولوجيا الحيوية.
وأشار الباحثون إلى أن تلك الدراسة حلَّت معضلة كبيرة، إذ كان ابتكار الهلاميات المائية القوية والصلبة والقادرة على الالتئام الذاتي تحدياً كبيراً، لكن اكتشاف آلية تقوية الهلاميات اللينة تقليدياً، قد يُحدث ثورة في تطوير مواد جديدة مستوحاة من الطبيعة.
كما يأمل الباحثون في استخدام الهيدروجيل الجديد في ابتكار روبوتات ذات جلود قوية، وذاتية الالتئام، أو أنسجة اصطناعية تصلح نفسها تلقائياً.
ورغم أن التطبيقات العملية قد تستغرق بعض الوقت، إلا أن هذه النتائج تُعتبر قفزة نوعية في تصميم المواد، إذ قال الفريق البحثي إن هذا الاكتشاف الأساسي يمكن أن يعيد كتابة قواعد تصميم المواد.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

سعورس

١٣-٠٥-٢٠٢٥

• سعورس

خرسانة ترمم نفسها بنفسها

ابتكار خرسانة ترمم نفسها بنفسها وتتكون BioFiber من ألياف بوليمرية تعمل كمقويات فيزيائية، وتشارك أيضا في آلية الإصلاح الذاتي. وهذه الألياف مغطاة بطبقة هيدروجيل تحتوي على أبواغ بكتيرية خاملة قادرة على تحمل الظروف القاسية وعلاج التشققات عندما تتحسن الظروف. يبدو هذا النوع من الخرسانة كأي نوع تقليدي، لكن قدرته الخارقة تظهر عند حدوث تشققات. وعندما يتسرب الماء إلى الشقوق يتمدد الهيدروجيل ويخرج من غلافه، مما يوقظ البكتيريا الخاملة التي تبدأ بالتغذي على الكربون والكالسيوم من محيطها، منتجة كربونات الكالسيوم، وهي مادة لاحمة تملأ التشققات. لذا يمكن القول إن الخرسانة ترمم نفسها بنفسها. ويقود الفريق البحثي البروفيسور أمير فرنام الذي قال: «نشهد يوميا تدهور المنشآت الخرسانية التي ينخفض عمرها الوظيفي وتتطلب إصلاحات باهظة الثمن. لكنها يمكن أن تعالج نفسها باستخدام BioFiber». رغم الحاجة لمزيد من الجهود والأبحاث، يأمل المطورون أن تقلل ألياف BioFiber من متطلبات صيانة المباني وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن صناعة الخرسانة. يُذكر أن الباحثين يواصلون تطوير هذه التقنية الواعدة التي قد تُحدث ثورة في مجال البناء المستدام.

الوطن

١٣-٠٥-٢٠٢٥

• الوطن

خرسانة ترمم نفسها بنفسها

ابتكر باحثون من جامعة «دريكسل» الأمريكية نوعا جديدا من الخرسانة ذاتية الإصلاح، أُطلق عليها «BioFiber» والتي تفوق في متانتها وديمومتها جميع الأنواع الحالية، وفقا لمجلة News Atlas. ابتكار خرسانة ترمم نفسها بنفسها وتتكون BioFiber من ألياف بوليمرية تعمل كمقويات فيزيائية، وتشارك أيضا في آلية الإصلاح الذاتي. وهذه الألياف مغطاة بطبقة هيدروجيل تحتوي على أبواغ بكتيرية خاملة قادرة على تحمل الظروف القاسية وعلاج التشققات عندما تتحسن الظروف. يبدو هذا النوع من الخرسانة كأي نوع تقليدي، لكن قدرته الخارقة تظهر عند حدوث تشققات. وعندما يتسرب الماء إلى الشقوق يتمدد الهيدروجيل ويخرج من غلافه، مما يوقظ البكتيريا الخاملة التي تبدأ بالتغذي على الكربون والكالسيوم من محيطها، منتجة كربونات الكالسيوم، وهي مادة لاحمة تملأ التشققات. لذا يمكن القول إن الخرسانة ترمم نفسها بنفسها. ويقود الفريق البحثي البروفيسور أمير فرنام الذي قال: «نشهد يوميا تدهور المنشآت الخرسانية التي ينخفض عمرها الوظيفي وتتطلب إصلاحات باهظة الثمن. لكنها يمكن أن تعالج نفسها باستخدام BioFiber». رغم الحاجة لمزيد من الجهود والأبحاث، يأمل المطورون أن تقلل ألياف BioFiber من متطلبات صيانة المباني وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن صناعة الخرسانة. يُذكر أن الباحثين يواصلون تطوير هذه التقنية الواعدة التي قد تُحدث ثورة في مجال البناء المستدام.

حضرموت نت

١١-٠٥-٢٠٢٥

• حضرموت نت

من هنا وهناك – ابتكار دواء يعالج التهابات الأذن خلال يوم واحد فقط

ذكرت مجلة ACS Nano أن علماء من الولايات المتحدة تمكنوا من تطوير دواء على شكل هلام، قادر على علاج التهاب الأذن الوسطى الحاد خلال يوم واحد فقط. وتبعا للمجلة فإن الدواء الجديد لا يشبه في آلية عمله المضادات الحيوية التقليدية التي يجب تناولها عن طريق الفم لعدة أيام، إذ يمكن تطبيق الدواء مباشرة على طبلة الأذن، الأمر الذي يقلل من الأضرار التي قد تسببها الأدوية على الجهاز الهضمي. ولجعل الدواء قابلا للامتصاص في طبلة الأذن قام العلماء بتغليف المضاد الحيوي سيبروفلوكساسين في الليبوزومات ذات الشحنة السلبية، أي طبقات مزدوجة من الدهون، وخلطت الليبوزومات مع هيدروجيل يتصلب عند درجة حرارة الجسم ويوفر إطلاقا تدريجيا للدواء. ولاختبار فعالية الدواء قام العلماء باختباره على حيوانات الشنشيلة المخبرية التي كانت تعاني من التهابات الأذن التي تشبه إلى حد كبير التهابات الأذن التي تصيب البشر، وأظهرت التركيبة الدوائية الجديدة فعالية ممتازة، إذ تخلصت الحيوانات من المرض في غضون 24 ساعة. ويعتقد مطورو هذا الدواء أن علاجهم سيكون مناسبا بشكل خاص للأطفال الصغار الذين يعانون من التهابات الأذن، إذ توجد صعوبة بإعطاء الأدوية التقليدية للأطفال، كما أن هذا النوع من العلاج سيقلل بشكل كبير من استعمال مضادات الحيوية في حالات أمراض الأذن المرتبطة بالالتهابات.