تخيل أنك قادر على لصق أي شيء على بشرتك دون الحاجة إلى الغراء - مستشعر حيوي، أو ساعة، أو جهاز اتصال، أو إكسسوار أزياء - فالاحتمالات لا حصر لها. وهذا بالضبط ما استطاع الباحثون في هذا المجال أن يقدموه لنا
[ترجمة د. موشيه نحماني]
ويعتمد هذا الاكتشاف على بحث أجراه علماء من جامعة بينجهامتون وجامعة ولاية نيويورك، وهي دراسة نشرت مؤخرا في مجلة ساينس.اكتا بيوماتيراليا . يشرح البحث لماذا يتحكم جلد الإنسان في تكوين الشقوق في الجلد ولماذا تقدم أجهزة قياس التوتر نتائج غير دقيقة عند قياس الخواص الميكانيكية للأنسجة البيولوجية. وخلال البحث، طور العلماء أيضًا طريقة لربط المواد البوليمرية الشبيهة بالمطاط بجلد الإنسان دون الحاجة إلى الغراء. أصبحت الطريقة، التي استخدمت في الأصل لتسهيل التجارب، اكتشافًا مهمًا في حد ذاتها. وقد تم بالفعل تقديم طلب براءة اختراع مصمم لحماية الملكية الفكرية للطريقة المبتكرة، ويدعي الباحثون أنه يمكن أن يؤدي إلى اختراق في مجال التكنولوجيا الحيوية. يقول الباحث الرئيسي: "لم أكن أعلم أننا سنصل إلى هذه النتيجة، ولكن هذه هي الطريقة التي يعمل بها العلم في كثير من الأحيان". وقال الباحث الرئيسي: "في البداية، فكرنا في أنفسنا إذا كان بإمكاننا استخدام طرق القياس العادية لفحص الخواص الميكانيكية للأنسجة، وخاصة أنسجة الجلد، وما إذا كانت النتائج موثوقة بالفعل". "لم يتمكن أحد من التحقق من هذه القياسات لأنسجة الجلد."
ينص "قانون هوك"، الذي وضعه عالم الفيزياء البريطاني روبرت هوك في القرن السابع عشر، على أن: "القوة المؤثرة على الزنبرك تسبب إزاحة بالنسبة إلى القوة وبالنسبة إلى ثابت الزنبرك". وعلى نطاق أوسع، يستخدم الباحثون هذا القانون لقياس صلابة المواد المختلفة، وكذلك كمية الطاقة اللازمة لكسرها. يوضح الباحث الرئيسي: "لقد فكرت في حقيقة أنه في العصر الجديد أصبح من الممكن قياس صلابة المواد المعدنية والسيراميك. لكن ماذا عن قياس صلابة الجلد؟ تحتوي المعادن والمواد الخزفية على تركيبة موحدة إلى حد كبير، لكن الجلد والأنسجة البشرية الأخرى لها بنية معقدة وغير متجانسة تتضمن خلايا مجهرية مرتبطة ببعضها البعض عن طريق تقاطعات الخلايا الخلوية. تحتوي الطبقة الخارجية من الجلد أيضًا على بنية معقدة تتضمن قنوات دقيقة."
استخدام القنوات الدقيقة في الجلد
قام الباحثون بربط عينات الجلد بقطعة من مادة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS)، وهي مادة بوليمرية تشبه المطاط تستخدم بشكل رئيسي في أجهزة من مجالات الهندسة الحيوية والطب الحيوي. بعد ذلك، قام الباحثون بتمديد عينات الجلد مع المادة الموجودة عليه. وفي الخطوة التالية، استخدم الباحثون مجهرًا لقياس التغيرات في الحمل الميكانيكي الذي يمكن أن يتحمله الجلد على نفسه. يوضح الباحث الرئيسي: "أثناء إطالة الجلد، يجب أن يتشكل فيه شق صغير، ويمكننا قياس كمية الطاقة المطلوبة لذلك كدالة بطول معين". "في العادة، من أجل قياس كمية الطاقة اللازمة لإحداث شرخ في مجال الهندسة الميكانيكية، كل ما عليك فعله هو وضع المادة بين قبضتين، وسحبهما وإحداث شرخ. وبهذه الطريقة يمكن قياس القوة ودرجة الاستطالة وفي الواقع كمية الطاقة المطلوبة. ومع ذلك، تفترض هذه الطريقة أن المادة التي يتم قياسها موحدة - أي أن التركيب ثابت في جميع أجزاء المادة. لكننا وجدنا أن الشقوق التي تتشكل على الطبقة الخارجية من الجلد تتشكل بطريقة غريبة جداً جداً". تشكلت الشقوق على طول القنوات الدقيقة واستمرت على طول الشق بأكمله، مما أدى إلى زيادة الطاقة اللازمة لكسر الأنسجة. ويمكن توسيع هذا الاكتشاف لشرح سلوك الأنسجة البشرية الأخرى.
"نظرًا للبنية غير المتجانسة للجلد، فإن هذا يعني أيضًا أن مسار التشقق يصبح أكثر عشوائية. وهذا هو السبب وراء حصول الباحثين على تباين كبير في نتائج القياسات التي أجريت حتى الآن على الجلد"، يوضح الباحث الرئيسي. "حتى لو أخذت عينة الجلد من نفس المصدر بالضبط وفي نفس العمر، فسوف تحصل على مثل هذا التباين الكبير بين العينة والعينة لأن مسارات التشقق مختلفة."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
