تويت
باستخدام دقائق ضئيلة من الذهب ونوع من الراتنج (صمغ نباتي)، تمكن فريق من العلماء في التخنيون -معهد إسرائيل للتّكنولوجيا – من اكتشاف طريقة صناعة نوع جديد من المجسّات المرنة التي يمكن أن تندمج يوما ما في الجلد الإلكتروني e-skin. وحين يتعلم العلماء كيف يلصقون الجلد الإلكتروني بالأطراف الاصطناعية، فقد يتمكن الأفراد ذوو الأطراف المبتورة من استرداد القدرة على استشعار التغيرات في بيئتهم من جديد.
ظهرت هذه النتائج في عدد شهر يونيو من مجلة المجمع الكيميائي الأميركي للمواد والواجهات التطبيقية.
يكمن السر في قدرة المجس على تحسس ثلاثة أنواع من البيانات في آن واحد. وفي حين لا تحسّ الأنواع الحالية من الجلد الإلكتروني إلا باللمس، فإن اختراع فريق التخنيون ”يمكنه تحسس اللمس والرطوبة والحرارة معا، تماما كالجلد الحقيقي،“ كما يقول قائد فريق البحث البروفسور حسام حايك. إضافة لذلك، فهذا النظام الجديد ”أشد حساسية بعشرة أضعاف على الأقل تجاه اللمس، مقارنة بأنظمة الجلد الإلكتروني الحالية القائمة على اللمس.“
لقد كان الباحثون مهتمين منذ وقت طويل بالمجسات المرنة، ولكنهم واجهوا مشاكل في تكييفها للاستعمالات الواقعية. ولكي يشق طريقه خلال عموم المجتمع، فعلى المجس المرن أن يعمل على فولتية واطئة (بحيث يتوافق مع البطاريات في الأجهزة النقالة المعاصرة)، يقيس مدى واسعا من الضغوط، ويقوم بأكثر من قياس واحد كل مرة، بما يتضمن الحرارة، الضغط، ووجود الكيماويات. إضافة لذلك، فمن الضروري أن تكون صناعة هذه المجسات سريعة، سهلة، ورخيصة.
يمتلك المجس الذي طوّره فريق التخنيون كل هذه المواصفات. والسر هو استخدامهم لدقائق نانو مغلفة أحادية الطبقة يبلغ قطرها 5-8 نانومتر فقط. وهي مصنوعة من الذهب ومحاطة بجزيئات رابطة تعرف بالليغندات. في الواقع، “يمكن تصوّر دقائق النانو بوصفها أزهارا، حيث يكون مركز الزهرة هو دقيقة النانو الذهبية أو المعدنية، وبتلاتها هي الطبقة الواحدة من الليغندات العضوية التي تحميها بشكل عام،” كما يقول حايك.
كما اكتشف الفريق أنه حين توضع دقائق النانو هذه فوق طبقة أساس—مصنوعة هنا من PET (لدائن البولي أثيلين تيريفثالات)، نفس نوع البلاستيك المستخدم في قناني الصودا—فإن المركّب الناتج قام بتوصيل الكهرباء بشكل مختلف، اعتمادا على الكيفية التي تطوى بها هذه الطبقة. (فحركة الطيّ تقرّب بعض الدقائق من بعض، لتزيد بالتالي من سرعة مرور الإلكترونات فيما بينها.) وهذه الخاصية الكهربية تعني أن هذا المجس يستطيع تحسس مدى واسع من الضغوط، من عشرات المليغرامات إلى عشرات الغرامات. ”إن هذا المجس مستقر جدا ويمكن لصقه بأي شكل مسطح مع حفاظه على استقرار الوظيفة،“ كما يقول نير بيليد، رئيس مركز البحوث والكشف عن السرطان الصدري في مركز شيبا الطبي في إسرائيل، الذي لم يكن مشاركا في البحث.
وعبر التلاعب بسمك هذه الطبقة، إضافة للمادة التي تكوّنها، يمكن للعلماء تعديل مدى حساسية هذا المجس. ولأن هذه المجسات قابلة للتفصيل، فيمكنها في المستقبل أن تؤدي الكثير من المهام المتنوعة، بما في ذلك مراقبة الإجهاد في الجسور والكشف عن الشقوق في المكائن.
يكمل د. بيليد: “بالفعل، فإن تطوير الجلد الاصطناعي كمجس حيوي على يد البروفسور حايك وفريقه هو اكتشاف جديد آخر يضع تقنية النانو في واجهة هذا العصر التشخيصي.”
تضمن فريق البحث أيضا ميطال سيجيف-بار وغريغوري شوستر، وهم طلاب دراسات عليا في معهد راسل بيري لتقنية النانو بالتخنيون، إضافة لأفيجايل لاندمان ومعيان نير-شابيرا، وهم طلاب دراسات أولية في قسم الهندسة الكيمياوية بالتخنيون.
ظهرت هذه النتائج في عدد شهر يونيو من مجلة المجمع الكيميائي الأميركي للمواد والواجهات التطبيقية.
يكمن السر في قدرة المجس على تحسس ثلاثة أنواع من البيانات في آن واحد. وفي حين لا تحسّ الأنواع الحالية من الجلد الإلكتروني إلا باللمس، فإن اختراع فريق التخنيون ”يمكنه تحسس اللمس والرطوبة والحرارة معا، تماما كالجلد الحقيقي،“ كما يقول قائد فريق البحث البروفسور حسام حايك. إضافة لذلك، فهذا النظام الجديد ”أشد حساسية بعشرة أضعاف على الأقل تجاه اللمس، مقارنة بأنظمة الجلد الإلكتروني الحالية القائمة على اللمس.“
لقد كان الباحثون مهتمين منذ وقت طويل بالمجسات المرنة، ولكنهم واجهوا مشاكل في تكييفها للاستعمالات الواقعية. ولكي يشق طريقه خلال عموم المجتمع، فعلى المجس المرن أن يعمل على فولتية واطئة (بحيث يتوافق مع البطاريات في الأجهزة النقالة المعاصرة)، يقيس مدى واسعا من الضغوط، ويقوم بأكثر من قياس واحد كل مرة، بما يتضمن الحرارة، الضغط، ووجود الكيماويات. إضافة لذلك، فمن الضروري أن تكون صناعة هذه المجسات سريعة، سهلة، ورخيصة.
يمتلك المجس الذي طوّره فريق التخنيون كل هذه المواصفات. والسر هو استخدامهم لدقائق نانو مغلفة أحادية الطبقة يبلغ قطرها 5-8 نانومتر فقط. وهي مصنوعة من الذهب ومحاطة بجزيئات رابطة تعرف بالليغندات. في الواقع، “يمكن تصوّر دقائق النانو بوصفها أزهارا، حيث يكون مركز الزهرة هو دقيقة النانو الذهبية أو المعدنية، وبتلاتها هي الطبقة الواحدة من الليغندات العضوية التي تحميها بشكل عام،” كما يقول حايك.
كما اكتشف الفريق أنه حين توضع دقائق النانو هذه فوق طبقة أساس—مصنوعة هنا من PET (لدائن البولي أثيلين تيريفثالات)، نفس نوع البلاستيك المستخدم في قناني الصودا—فإن المركّب الناتج قام بتوصيل الكهرباء بشكل مختلف، اعتمادا على الكيفية التي تطوى بها هذه الطبقة. (فحركة الطيّ تقرّب بعض الدقائق من بعض، لتزيد بالتالي من سرعة مرور الإلكترونات فيما بينها.) وهذه الخاصية الكهربية تعني أن هذا المجس يستطيع تحسس مدى واسع من الضغوط، من عشرات المليغرامات إلى عشرات الغرامات. ”إن هذا المجس مستقر جدا ويمكن لصقه بأي شكل مسطح مع حفاظه على استقرار الوظيفة،“ كما يقول نير بيليد، رئيس مركز البحوث والكشف عن السرطان الصدري في مركز شيبا الطبي في إسرائيل، الذي لم يكن مشاركا في البحث.
وعبر التلاعب بسمك هذه الطبقة، إضافة للمادة التي تكوّنها، يمكن للعلماء تعديل مدى حساسية هذا المجس. ولأن هذه المجسات قابلة للتفصيل، فيمكنها في المستقبل أن تؤدي الكثير من المهام المتنوعة، بما في ذلك مراقبة الإجهاد في الجسور والكشف عن الشقوق في المكائن.
يكمل د. بيليد: “بالفعل، فإن تطوير الجلد الاصطناعي كمجس حيوي على يد البروفسور حايك وفريقه هو اكتشاف جديد آخر يضع تقنية النانو في واجهة هذا العصر التشخيصي.”
تضمن فريق البحث أيضا ميطال سيجيف-بار وغريغوري شوستر، وهم طلاب دراسات عليا في معهد راسل بيري لتقنية النانو بالتخنيون، إضافة لأفيجايل لاندمان ومعيان نير-شابيرا، وهم طلاب دراسات أولية في قسم الهندسة الكيمياوية بالتخنيون.