تتفتح الزهرة الصغيرة الرقيقة طبقةً طبقةً كاشفة عن بتلات ملونة، حمراء كبيرة أولاً، ثم بنفسجية صغيرة، وأخيراً أصغرهم، البرتقالية.
لكن تفتح هذه الزهرة المتقن الرائع ليس من صنع الطبيعةً، بل إن العلماء هم من صنع هذه الزهرة برمتها بعد أن عرفوا كيف يصنعون قطع البوليمر التي تغير شكلها مع الوقت، بحسب تقرير نشرته صحيفة الغارديان البريطانية، الثلاثاء 27 سبتمبر/أيلول 2016.
يبلغ حجم هذه الزهرة التي صنعها كياوزي لي، طالب الدراسات العليا في جامعة كارولينا الشمالية بتشابل هيل، عدة سنتيمترات، وتستغرق ساعتين لتتفتح كلياً.
قال سيرغي شيكو، أستاذ كيمياء البوليمرات المشرف على هذا البحث: “تفاجأت بشدة حين رأيت الزهرة للمرة الأولى. إنها قطعة صماء من مادة كيميائية. إن أزلت عنها الطلاء، ستصبح قطعة بوليمر بيضاء عادية. لقد قدمنا الحياة عبر هذه المادة”.
زراعة الأعضاء
تعرض الزهرة لنا كم قطعة من البوليمر يمكننا برمجتها لتغير شكلها في وقت محدد مسبقاً. إن كانت الزهرة بالكاد قد فشلت في إبهارك، لدي شيكو العديد من التطبيقات العملية الأخرى. فكما قال، يمكن استخدام نفس التكنولوجيا في زراعة الأعضاء، حيث تتخذ المواد الشكل الصحيح بمجرد زراعتها في مكانها في الجسم من خلال العمليات الجراحية.
وتعتمد هذه المادة بالأساس على هلام البوليمر، الذي له نفس تماسك الغضروف البشري. يعتمد الشكل الذي تتخذه هذه المادة على نوعين من الروابط الكيميائية: نسبة ضئيلة من الروابط التساهمية القوية، وحصة أكبر من الروابط الهيدروجينية الضعيفة.
عند ثني صفحة من البوليمر، يتم تخزين الطاقة المطاطية في الروابط القوية بالمادة. تحدد هذه الطاقة ماهية الشكل القادم، وحين تتمدد حزمة المطاط فإن الروابط القوية تعيدها سيرتها الأولى بعد إزالة الشد.
الفرق في المادة الجديدة هو أن الروابط الضعيفة في هلام البوليمر، تتصرف كقوة مضادة للروابط القوية، وتكبح عملية التغير المستمر. بالتحكم في عدد وقوة ومكان نوعي الروابط، يستطيع العلماء من صنع تراكيب معقدة عبر تسلسل مبرمج مسبقاً.
يحاكي الأنسجة الطبيعية
وصف فريق شيكو، عبر مجلة Nature Communications العلمية، كيف صمموا الأجسام لتغير شكلها خلال الوقت. على عكس الكثير من المواد الأخرى، يمكن برمجة بوليمر الهيدروجيل ليصبح شكلاً محدداً خلال وقت معين، دون الحاجة لمحفز كالضوء أو الحرارة.
قال شيكو: “الحافز وراء هذا العمل هو إعطاء هذه المواد الصناعية وظائف وخصائص الأنسجة الطبيعية. المواد الصناعية العادية سريعة الاستجابة للمحفزات، فقد تتغير الكثافة، الصلابة، والشكل، في وجود الحرارة. الأنسجة الطبيعية تعمل بشكل أكثر تعقيداً، فلديها ساعة داخلية ويمكنها التأقلم بسهولة. يكاد يكون من المستحيل محاكاة الأنسجة الطبيعية، ولكن الجيل القادم من المواد الصناعية، سينقل الكثير من هذه الوظائف الحية”.
– هذا الموضوع مترجم عن صحيفة The Guardian البريطانية. للاطلاع على المادة الأصلية اضغط هنا.
