نجح باحثون من جامعة لينشوبينغ في السويد في تصنيع أسلاك نانوية من الذهب وتطوير أقطاب كهربائية ناعمة يمكن توصيلها بالجهاز العصبي. تتميز الأقطاب الكهربائية بأنها ناعمة مثل الأعصاب، وقابلة للتمدد، وموصلة للكهرباء، ومن المتوقع أن تدوم طويلاً في الجسم.
يقول البعض إن لديهم "قلبًا من ذهب"، فلماذا لا يكون لديهم أيضًا "أعصاب من ذهب"؟ في المستقبل، قد يكون من الممكن استخدام المعدن الثمين في واجهات ناعمة لربط الإلكترونيات بالجهاز العصبي لأغراض طبية. يمكن استخدام مثل هذه التكنولوجيا لتخفيف المعاناة من حالات مثل الصرع، ومرض باركنسون، والشلل، أو الألم المزمن. ومع ذلك، فإن إنشاء واجهة يمكن للإلكترونيات من خلالها أن تلتقي بالدماغ أو بأجزاء أخرى من الجهاز العصبي يمثل تحديات خاصة.
"الموصلات الكلاسيكية المستخدمة في الإلكترونيات هي معادن صلبة وصلبة جدًا. الخصائص الميكانيكية للجهاز العصبي تشبه الهلام الناعم أكثر." "لتحقيق نقل إشارة دقيق، نحتاج إلى الاقتراب جدًا من ألياف الأعصاب المعنية، ولكن نظرًا لأن الجسم يتحرك باستمرار، يصبح من الصعب الحفاظ على اتصال وثيق بين شيء صلب وشيء ناعم وهش"، كما يقول كلاس تايبرانت، أستاذ علوم المواد في مختبر الإلكترونيات العضوية بجامعة لينشوبينغ، الذي قاد البحث.
لذلك، يسعى الباحثون إلى تطوير أقطاب كهربائية تتمتع بتوصيل جيد بالإضافة إلى خصائص ميكانيكية تشبه نعومة الجسم. في السنوات الأخيرة، أظهرت العديد من الدراسات أن الأقطاب الكهربائية الناعمة لا تلحق ضررًا بالأنسجة بنفس القدر الذي تلحقه الأقطاب الكهربائية الصلبة. في الدراسة الحالية، التي نُشرت في مجلة "سمول" (Small)، طورت مجموعة من الباحثين من جامعة لينشوبينغ أسلاكًا نانوية من الذهب - أرق بألف مرة من الشعر - ودمجتها في مادة مرنة لإنشاء أقطاب كهربائية دقيقة ناعمة.
„لقد نجحنا في إنشاء مادة نانوية جديدة وأفضل من أسلاك الذهب النانوية بالاشتراك مع مطاط السيليكون الناعم جدًا.“ „من خلال الجمع بين هاتين المادتين، تم إنشاء موصل يتمتع بموصلية كهربائية عالية، وهو ناعم جدًا ويتكون من مواد متوافقة حيويًا تعمل مع الجسم“، كما يقول كلاس تايبرانت.
يُستخدم مطاط السيليكون في الغرسات الطبية مثل زراعة الثدي. تحتوي الأقطاب الكهربائية الناعمة أيضًا على الذهب والبلاتين، وهي معادن تُستخدم بشكل متكرر في الأجهزة الطبية للاستخدام السريري. ومع ذلك، فإن
إنتاج هياكل نانوية ذهبية طويلة وضيقة أمر صعب للغاية. كان هذا عقبة كبيرة حتى الآن، لكن الباحثين طوروا الآن طريقة جديدة لإنتاج أسلاك الذهب النانوية. وذلك بمساعدة أسلاك الفضة النانوية.
نظرًا لأن الفضة تتمتع بخصائص فريدة تجعلها مادة جيدة جدًا لإنتاج الأسلاك النانوية التي يبحث عنها الباحثون، فإنها تُستخدم في بعض المواد النانوية القابلة للتمدد. تكمن المشكلة في الفضة في أنها تفاعلية كيميائيًا. تمامًا كما يتغير لون أدوات المائدة الفضية بمرور الوقت عندما تحدث تفاعلات كيميائية على السطح، فإن الفضة في الأسلاك النانوية تتحلل، مما يؤدي إلى تسرب أيونات الفضة. بتركيز عالٍ بما فيه الكفاية، يمكن أن تكون أيونات الفضة سامة لنا.
عندما بحثت لورا سيوفرت، وهي طالبة دكتوراه في مجموعة أبحاث كلاس تايبرانت، عن طريقة لتصنيع أو "زراعة" أسلاك الذهب، طورت طريقة جديدة فتحت آفاقًا جديدة. في البداية، كان من الصعب التحكم في شكل الأسلاك النانوية. لكن بعد ذلك اكتشفت طريقة أنتجت أسلاكًا ناعمة جدًا. بدلاً من محاولة زراعة أسلاك نانوية من الذهب من البداية، بدأت بسلك نانوي رفيع من الفضة النقية.
"نظرًا لأنه من الممكن تصنيع أسلاك نانوية من الفضة، فإننا نستغل هذا ونستخدم السلك النانوي الفضي كـ قالب ننمي عليه الذهب. الخطوة التالية في العملية هي إزالة الفضة. بمجرد الانتهاء من ذلك، لدينا مادة تتكون من الذهب بنسبة تزيد عن 99 بالمائة. لذا فهي خدعة صغيرة لتجاوز مشكلة تصنيع هياكل نانوية ذهبية طويلة وضيقة"، كما يقول كلاس تايبرانت.
بالتعاون مع البروفيسور سيمون فارنيبو من معهد العلوم الطبية الحيوية والسريرية في جامعة لينشوبينغ، أظهر الباحثون وراء الدراسة أن الأقطاب الكهربائية الميكروية الناعمة والمرنة يمكنها تحفيز عصب فأر والتقاط الإشارات من العصب.
في التطبيقات التي يُقصد فيها دمج الإلكترونيات الناعمة في الجسم، يجب أن تدوم المادة لفترة طويلة، ويفضل أن تكون مدى الحياة. اختبر الباحثون استقرار المادة الجديدة وخلصوا إلى أنها تدوم لمدة ثلاث سنوات على الأقل، وهو ما هو أفضل من العديد من المواد النانوية التي تم تطويرها حتى الآن.
يعمل فريق البحث الآن على تحسين المادة وتطوير أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية التي تكون أصغر حجمًا ويمكنها إنشاء اتصال أوثق مع الخلايا العصبية.
