العلماء يطبعون المستشعرات على حلوى الجيلاتين المطاطية

ترجمة: سلمى سلمان.

يمكن استخدام الأقطاب الكهربائية المجهرية في القياس المباشر للإشارات الكهربائية في الدماغ أو القلب، ولكن هذه التطبيقات تتطلب مواداً ليّنةً، ويشكل توصيل الأقطاب الكهربائية بمثل هذه المواد تحدياً كبيراً بالطرق الحالية، ولقد نجح فريقٌ من جامعة ميونخ التقنية في طباعة الأقطاب مباشرةً على عددٍ من الركائز اللينة مؤخراً.

تعاون باحثون من جامعة ميونخ ومركز أبحاث يوليش للطباعة على حلوى الدب المطاطية باستخدام الطباعة النافثة للحبر، وقد يبدو الأمر وكأن هؤلاء العلماء يلعبون للوهلة الأولى، ولكنهم في الحقيقة يقودون الطريق إلى تغييراتٍ كبيرةٍ في أدوات التشخيص الطبي. فلم يكن ما طبعه فريق الأستاذ المحاضر بيرنهارد وولفرام على الحلوى المطاطية صورةً أو شعاراً، بل عبارةً عن مصفوفةٍ من الأقطاب الكهربائية المجهرية، ويمكن لهذه المكونات التي تتألف من عددٍ كبيرٍ من الأقطاب الكهربائية أن تكشف عن التغيرات في الجهد، والتي تنتج عن نشاط الخلايا العصبية أو العضلية على سبيل المثال.

كما أنّ لحلوى الدببة المطاطية خاصية الليونة، وهي خاصيةٌ مهمةٌ عند استخدام مصفوفات الأقطاب الكهربائية المجهرية في الخلايا الحية، ومصفوفات الأقطاب الكهربائية المجهرية موجودةٌ منذ فترةٍ طويلة، وتتكون في شكلها الأصلي من موادٍ صلبةٍ مثل السيليكون. ويؤدي هذا إلى العديد من المساوئ عندما تلمس الخلايا الحية، حيث تؤثر صلابتها في المختبر على شكل الخلايا وتنظيمها على سبيل المثال، بينما يمكن أن تُسبب الالتهابات أو تؤدي إلى فقدان وظائف الأجهزة في داخل الجسم.

نماذجٌ أوليةٌ سريعة بالحبر النفاث
يمكن تجنب المشاكل السابقة بوضع مصفوفات الأقطاب الكهربائية على المواد اللينة، ولقد كثفت هذه الفكرة الأبحاث حول هذه الحلول، واستخدمت معظم المبادرات الأساليب التقليدية حتى الآن، والتي تستهلك الكثير من الوقت وتتطلب الوصول إلى مختبراتٍ متخصصةٍ ومُكلفةٍ. ويقول الأستاذ المحاضر في الإلكترونيات العصبية من جامعة ميونخ وهو بيرنهارد فولفروم: “إذا قمت بدلاً من ذلك بطباعة الأقطاب، فيمكنك إنتاج نموذجٍ أوليٍّ سريعٍ نسبياً وبسعرٍ رخيص، وينطبق الشيء نفسه إذا كنت بحاجة إلى إعادة العمل عليه، إن النمذجة الأولية السريعة من هذا النوع تمكننا من العمل بأساليب جديدةٍ تماماً”.

يعمل وولفروم وفريقه باستخدام طابعة متقدمةٍ تقنياً من النوع النافث للحبر، حيث تتم طباعة الأقطاب الكهربائية نفسها باستخدام حبرٍ معتمدٍ على الكربون، وتضاف طبقة حمايةٍ متعادلةٍ كهربائياً على مسارات الكربون لمنع أجهزة الاستشعار من التقاط الإشارات الشاردة.

موادٌ لمختلف التطبيقات
اختبر الباحثون الخطوات على ركائز مختلفة، بما فيها ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان وهو شكلٌ ليّن من السيليكون، وهلام الأغاروز وهي مادةٌ شائعة الاستخدام في تجارب الأحياء، وأشكالٌ مختلفةٌ من الجيلاتين بما فيها حلوى الدب المطاطية، التي ذُوبت أولاً ثم سُمحَ له بالتصلب، وكل من هذه المواد خصائصٌ مناسبةٌ لتطبيقاتٍ معينة، حيث يُمكن لزرعات الجيلاتين المغلفة أن تُقلل التفاعلات غير المرغوب فيها في الأنسجة الحية على سبيل المثال. ولقد تمكن الباحثون من خلال التجارب على مزارع الخلايا من التأكد من قدرة أجهزة الاستشعار على توفير قياساتٍ موثوقةٍ، كما أنها تسمح أيضاً بإجراء قياساتٍ على خليةٍ واحدةٍ أو مجموعةٍ من الخلايا مع متوسط ​​عرض 30 ميكرومترٍ، وهذا يصعب تحقيقه مع أساليب الطباعة المعمول بها سابقاً.

تقول الباحث الرئيسي للدراسة وهي نوران عدلي: “تكمن الصعوبة في ضبط جميع المكونات بدقةٍ، سواءً الإعدادات التقنية للطابعة أو مكونات الحبر، فحين استخدمنا ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان على سبيل المثال، كان علينا استخدام معالجةٍ مُسبقةٍ قمنا بتطويرها فقط ليتمكن الحبر من الالتصاق بالسطح”.

مجموعةُ واسعةُ من التطبيقات المحتملة
يمكن استخدام مصفوفات الأقطاب الكهربائية المجهرية المطبوعة على موادٍ لينةٍ في العديد من المجالات، فهي لا تقتصر على النماذج الأولية السريعة في الأبحاث فحسب، ولكن يمكنها أيضاً تغيير طريقة معاملة المرضى، حيث يقول الأستاذ المحاضر وولفروم: “يمكن استخدام هياكل لينةٍ لمراقبة وظائف القلب أو الأعصاب داخل الجسم على سبيل المثال، أو حتى استخدامها بمثابة جهازٍ لتنظيم ضربات القلب”. ويعمل وولفروم حالياً مع فريقٍ بحثى على طباعة مصفوفاتٍ معقدةٍ من الأقطاب الكهربائية المجهرية ثلاثية الأبعاد، فضلاً عن دراسة صناعة مستشعرات قابلةٍ للطباعة تتفاعل مع المواد الكيميائية انتقائياً، وليس فقط مع تغيّرات الجهد الكهربائي.

المصدر (Science Daily)

المصطلحات:
الأقطاب الكهربائية المجهرية Microelectrode
جامعة ميونخ التقنية Technical University of Munich (TUM)
ركائز Substrates
مركز أبحاث يوليش Forschungszentrum Jülich
الطباعة النافثة للحبر  Inkjet printing
بيرنهارد وولفرام Bernhard Wolfrum
ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان Polydimethylsiloxane
هلام الأغاروز Agarose
زرعات الجيلاتين المغلفة Gelatin-coated implants
مزارع الخلايا Cell cultures

السعودي العلمي

السعودي العلمي

السعودي العلمي هي مؤسسة مختصة بإنتاج ونشر المحتوى العلمي بأشكاله المقروءة، المرئية، والمسموعة، وتسعى لنشر المعرفة العلمية ورفع مستويات الوعي العلمي بالعالم العربي.
السعودي العلمي

Comments are closed.