من المتوقع أن تعمل مادة جديدة طورها باحثون في التخنيون وجامعة شيكاغو على تحسين العلاجات الطبية وتسريع استخدام الطاقات المتجددة
مادة جديدة تم تطويرها في بحث مشترك في التخنيون وجامعة شيكاغو تمهد الطريق لإعادة تأهيل الأنسجة العصبية التالفة والإيقاع بواسطة مصدر ضوء خارج الجسم. المفهوم العام: الضوء المسقط على الجسم (الأشعة تحت الحمراء) سوف يلحق الضرر بطبقة المادة الجديدة، وهذا سوف ينشط الأنسجة العصبية التالفة أو القلب. البحث المنشور في مجلة Nature Materials أشرف عليه الدكتور هامي روتنبرغ من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون والبروفيسور بوزي تيان من جامعة شيكاغو.
الأنسجة العصبية هي المنصة البيولوجية التي تنقل المعلومات بين مناطق الجسم. ويوجد معظمها في مركزي التحكم في الجهاز العصبي المركزي: الدماغ والحبل الشوكي. يتفرع من الجهاز العصبي المركزي الجهاز العصبي المحيطي، الذي يتحكم في العديد من جوانب النشاط، بما في ذلك تنشيط العضلات ونقل المعلومات الحسية.
يمكن أن يؤدي تلف الجهاز العصبي المحيطي إلى قيود مثل الشلل والخدر والألم المزمن. يمكن للأنسجة العصبية في هذا النظام أن تخضع للتجديد، لكن هذا بطيء ومحدود. ومع ذلك، قد تسمح بعض التدخلات الطبية بإعادة تأهيلهم.
أحد الحلول لعلاج الأعصاب التالفة هو التحفيز الكهربائي، والذي تم إثبات فعاليته في العديد من الدراسات. تكمن المشكلة في أن هذه الطريقة تتضمن عادةً إجراء عملية جراحية يمكن أن تلحق الضرر بأنسجة الجسم.
إن التطوير الذي قدمه الدكتور روتنبرغ للمواد الطبيعية قد يلغي استخدام إدخال الأقطاب الكهربائية. أنتج باحثون من جامعة التخنيون وجامعة شيكاغو مادة جديدة شبه موصلة على شكل طبقة مرنة ورقيقة للغاية تتفاعل بشكل جيد مع الأنسجة البيولوجية. الفكرة الموضحة في المقال هي استخدام هذه الورقة لتغليف الأنسجة العصبية التالفة، أو في حالة نظم القلب - تغليف القلب نفسه. سيتم تنفيذ هذه الخطوة كجزء من التحليل الضروري على أي حال في حالة حدوث مثل هذه الإصابات.
يوضح الدكتور روتنبرغ: "إن تطويرنا عبارة عن مادة كهروضوئية، أي مادة تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية تؤثر على الأنسجة العصبية". "في المقال نعرض فعالية المادة الجديدة في سياقين مختلفين - معدل ضربات القلب وتنشيط الجهاز العصبي المحيطي . في سياق علاجات القلب، على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام مثل هذه الصفائح إلى تسريع عملية إعادة التأهيل بعد الجراحة والقضاء على استخدام القطب الكهربائي المؤقت الذي يتم إدخاله في القلب. وبما أن الورقة التي طورناها مصنوعة من مادة السيليكون، والتي تتحلل في الجسم دون أي تأثير سام، فلا حاجة لعملية جراحية إضافية لإزالتها من الجسم.
إن تفرد المادة التي طورها الباحثون هو أنها شبه موصلة غير عادية للغاية، ولها خاصية لا توجد عادة في مادة واحدة: واجهة وصلة p-n، أو الصمام الثنائي.
وفيما يلي شرح مختصر: تعتمد أشباه الموصلات على فجوات الطاقة التي تحدد مستوى موصليتها. عادة ما يتم تصنيعها من مواد من النوع N، والتي تساهم بإلكترون في المادة، ومواد من النوع P، التي تأخذ إلكترونًا من المادة؛ يؤدي الاتصال بين المادتين إلى إنشاء واجهة فعالة تسمى تقاطع p-n، وهي لبنة بناء الأجهزة الإلكترونية والخلايا الشمسية.
العلاقة بين المادتين المختلف إنه تحد تكنولوجي معقد للغاية، ومن هنا تأتي أهمية الاكتشاف المقدم في المقالة الجديدة: صمام ثنائي مصنوع من النوع P فقط، والوصلة مصنوعة من السيليكون العادي، والسيليكون المسامي!
يقول الدكتور روتنبرغ إن المادة الجديدة تم إنشاؤها بطريقة غير مخطط لها. "لقد استخدمت بطريق الخطأ ملاقط معدنية في المختبر توفر أيونات الحديد لهذه العملية - وهو أمر لم أخطط له سيحدث. وتم استخدام أيونات الحديد كمحفز لإنشاء ثقوب النانو على سطح السيليكون."
وفقا للدكتور روتنبرغ، المادة الجديدة هي نافذة علاجية مما يسمح للفريق الطبي بالتأثير على أنسجة جسم المريض من الخارج. وحتى خارج المجال الطبي، من المتوقع أن يساهم التطور الجديد بشكل كبير في مختلف التطبيقات، على سبيل المثال في مجال الطاقات المتجددة. وبما أن مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس هي مصادر متطايرة، أي أنها لا تعمل بقوة ثابتة طوال اليوم، فإن تخزين الطاقة يصبح تحديا كبيرا في تعزيز استخدام هذه الطاقات. ومن التوجهات في هذا السياق إنتاج الهيدروجين عن طريق تحلل الماء بقوة الإشعاع الشمسي، وذلك لأن الهيدروجين الناتج يعد مصدرا للطاقة قابلا للتخزين. ويقدر الدكتور روتنبرغ ويأمل أن تؤدي المادة الجديدة التي طورها مع زملائه إلى تسريع عملية تطوير أجهزة شمسية أكثر تقدمًا وكفاءة.
في الفيديو: قلب منعزل ينقبض بشكل عفوي. على جدار القلب يمكنك رؤية ورقة السيليكون على اليمين. من خلال تسليط الضوء على الورقة، من الممكن تغيير معدل ضربات القلب في حالة وجود مشكلة في الإيقاع. وبطريقة مماثلة، من الممكن التأثير على حركات الأطراف باستخدام نبضات الضوء. كما ذكرنا، الهدف هو استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يخترق أنسجة الجسم، ولكن في الفيديو يتم استخدام الضوء المرئي (الأخضر) لتوضيح آلية العمل.
