الهياكل الدقيقة لنقل المواد داخل الجسم

نجح الباحثون في تطوير المزيد من الهياكل المحسنة التي تتكون من آليات تشغيل مغناطيسية صغيرة، وذلك بفضل المواد المبتكرة المدمجة مع تكنولوجيا الطباعة المجهرية ثلاثية الأبعاد.

يجري العلماء أبحاثًا حول آليات تشغيل الميكرومتر التي يمكن أن تتيح يومًا ما توصيل الأدوية أو استشعار الجزيئات إلى أهداف محددة داخل الجسم. وقد نجح باحثون من معهد زيورخ للتكنولوجيا في ألمانيا الآن في تطوير مثل هذه الأجهزة الدقيقة من خلال تحسين خطوة حاسمة: تكنولوجيا الإنتاج الجديدة والمواد المبتكرة تجعل من الممكن إنتاج آليات تشغيل صغيرة بأي شكل من الأشكال مع تكييفها مع التطبيقات المستقبلية كما هو مطلوب. .

تتمتع مصفوفات التشغيل الممدودة، القادرة على التحرك في السوائل، ببنية حلزونية وهي أيضًا مغناطيسية. يتم تنشيطها بواسطة مجال حماية دوار خارجي؛ يتم تنظيمها على طول خطوط المجال المغناطيسي وتدور حول محورها الطولي. بفضل شكلها الحلزوني، فهي قادرة على التحرك للأمام عبر السوائل.

عند استخدام طرق التصنيع التقليدية، تعتمد الخصائص المغناطيسية لهذه الأجسام الدقيقة على شكل الأجهزة نفسها. وهذا القيد جعل من الصعب على الباحثين تطوير آليات تشغيل ذات تحكم دقيق وحركة مستقرة، كما يوضح أحد الباحثين: "في الماضي، كانت مثل هذه العناصر تتأرجح أثناء التحرك للأمام، وكانت أقل كفاءة لأن خصائصها المغناطيسية لم تكن مثالي. لقد نجحنا الآن في تطوير مادة جديدة وطريقة إنتاج تسمح لنا بتعديل الخواص المغناطيسية بشكل مستقل عن بنية العظام." استخدم الباحثون راتنجات الإيبوكسي المتوافقة حيويًا والحساسة للضوء، والتي قاموا بدمجها في الجسيمات النانوية المغناطيسية. في الخطوة الأولى، قاموا بتعريض طبقة رقيقة من هذه المادة إلى مجال مغناطيسي. يحفز هذا المجال المغناطيسي المغناطيسية على الجسيمات النانوية ويجعلها تعيد ترتيب نفسها في مجموعة من الخطوط المتوازية. يحدد اتجاه هذه الخطوط الخواص المغناطيسية للمادة. وفي الخطوة التالية، جعل العلماء الهياكل تخضع للبلمرة بمساعدة الإشعاع الضوئي.
تشبه هذه الطريقة الطابعة المجهرية ثلاثية الأبعاد: يتم تحريك شعاع الليزر بطريقة ثلاثية الأبعاد يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر داخل راتنجات الإيبوكسي، مما يؤدي إلى تعزيز الراتنج محليًا. تتم بعد ذلك إزالة المناطق التي لم تخضع لهذا التبييض عن طريق غسلها بمذيب.

وسمحت هذه الطريقة للباحثين بإنتاج هياكل حلزونية بطول 60 ميكرومتر وقطر 9 ميكرومتر، مع الحصول على مغناطيسية متعامدة مع المحور الطولي. هناك طرق أخرى غير قادرة على إنتاج هياكل ذات اتجاه مغناطيسي كهذا. ويمكن التحكم بدقة في المصفوفات الناتجة وتتحرك بسرعة أكبر بأربع مرات من الهياكل السابقة، بالإضافة إلى أن حركتها مستقرة ولا تتأرجح.

كانت المحركات الدقيقة السابقة حلزونية الشكل، ولكن بفضل تقنية التصنيع المجهرية ثلاثية الأبعاد الجديدة، أصبح الباحثون قادرين على بناء أشكال مختلفة. وكجزء من البحث، تمكن العلماء من إنتاج هياكل مشابهة للدوائر والشرائط الملتفة والأسلاك المزدوجة الملتفة. وأظهرت التجارب التي أجراها الباحثون أن المباني الجديدة تتحرك بسرعة مماثلة للمباني السابقة، لكنها تختلف في أن مساحة سطحها أكبر بـ 4 مرات من سابقاتها. يقول أحد الباحثين: "هذه الميزة تجعل هياكلنا الجديدة أكثر إثارة للاهتمام من حيث التطبيقات المحتملة".

إذا أراد الباحثون استخدام هذه الهياكل لتوصيل الأدوية أو أجهزة الكشف الكيميائية إلى أهداف محددة داخل الجسم، فسوف يحتاجون إلى تغليفها بالجزيئات المناسبة؛ وكلما كانت مساحة السطح أكبر، كلما كان من الممكن حمل كمية أكبر للنقل. وأثبت الباحثون أنه من الممكن بالفعل القيام بذلك، من خلال طلاء الهياكل على شكل محركات حلزونية بالأجسام المضادة، وهي مواد طبية حيوية مهمة ومثيرة للاهتمام. "ومع ذلك، فإن بحثنا مهم ليس فقط بفضل دفع الروبوتات الصغيرة،" كما يشير الباحث الرئيسي. "يمكن أيضًا استخدام تقنيتنا المبتكرة لإنتاج أجسام دقيقة أخرى ذات خصائص مغناطيسية محددة ومضبوطة."

ملخص المقال

أخبار الدراسة