ابتكر الكيميائيون سباحين صغارًا يمكن التحكم بهم عن طريق الضوء
بقلم براتشي بايتال، تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل وشبكة أورت إسرائيل 26.03.2017
الآلات المجهرية التي تتحرك في مجرى الدم وتحمل الأدوية أو تجري عمليات جراحية صغيرة كانت حلم العلماء منذ عقود. في السنوات الخمس عشرة الماضية، ابتكر الباحثون نماذج مختلفة من الآلات المجهرية التي يعتمد دفعها على التفاعلات الكيميائية أو المغناطيسية أو التقلبات الحرارية، لكن هذه الآلات غالبا ما تتحرك بشكل عشوائي. ويقول إن التحدي الرئيسي هو توجيههم نحو الموقع المستهدف حيث تكون هناك حاجة إليهم جينيو تانغ، أستاذ مشارك في الكيمياء بجامعة هونغ كونغ. حقق تانغ وزملاؤه إنجازًا كبيرًا على هذه الجبهة عندما ابتكروا سباحًا مجهريًا يمكن توجيهه بسهولة ودقة بواسطة الضوء.
كما تم الإبلاغ عن ذلك في عدد ديسمبر 2016 من مجلة Nature Nanotechnology، قام فريق تانغ البحثي ببناء جزيئات مجهرية على شكل فرشاة تنظيف الزجاجات، بمقابض من السيليكون ورؤوس "شعرية" مصنوعة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO).2). تمتص كلتا المادتين الفوتونات، وبالتالي، عند تسليط الضوء على مثل هذا الجسيم، ينبعث الجذع من أيونات هيدروكسيد سالبة (-OH) وتنتج الشعيرات أيونات هيدروجين موجبة (+حور +H3يا). في هذه الحالة، حيث يتم توزيع الشحنة الكهربائية بشكل غير متساو، تتحرك الأيونات لموازنة الشحنة واكتساح السوائل في أعقابها. حركة الحمام تجعل السباح الصغير يتحرك مثل السهم نحو الضوء، مع توجيه المقبض للأمام.
وفي تجربة اختبارية، قام أعضاء الفريق بوضع مثل هذا السباح في سائل، على لوح زجاجي، وتوجيهه باستخدام الضوء فوق البنفسجي على طول مسار على شكل كلمة "نانو". تحرك السباح الصغير الذي يبلغ طوله 11 ميكرون بمعدل حوالي ملليمتر في دقيقتين. وهذا معدل بطيء بالنسبة للتطبيقات الطبية، لكن بحسب تانغ، فهو وزملاؤه يعكفون الآن على تطوير تصميمات جديدة من شأنها أن تمنح السباحين سرعات أعلى. ويقول: "إن هذه الطريقة الفريدة للتحكم الدقيق في السرعة واتجاه الحركة مذهلة". صامويل سانشيز، خبير الروبوتات النانوية في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية في شتوتغارت بألمانيا، والذي لم يشارك في البحث الذي أجراه تانغ وزملاؤه.
يقول تانغ إن عمل الفريق يقدم لمحة عن المستقبل حيث يقوم الأطباء خارج الجسم بتوجيه الروبوتات الطبية عبر جسم المريض باستخدام شعاع ضوئي مركّز. يتم تنشيط هذه الأجهزة حاليًا بواسطة الأشعة فوق البنفسجية، لكن الباحثين يعملون على تطوير سباحات مجهرية تستجيب للأشعة تحت الحمراء القريبة، وتكون قادرة على اختراق الأنسجة بعمق بضعة سنتيمترات. بالنسبة للتطبيقات في الأماكن العميقة في الجسم، سيتمكن الجراحون من التحكم في الجزيئات الآلية باستخدام الألياف الضوئية.
