نجح فريق دولي من العلماء في استخدام خراطيم إناث البعوض كفوهات حيوية لطابعات ثلاثية الأبعاد ، مما أدى إلى تحقيق دقة تتفوق على معظم الفوهات الدقيقة التجارية المتاحة اليوم. وقد نُشر هذا الإنجاز في مجلة Science Advances، ونقله موقع Наука Mail العلمي.
هذا التقدم يشكل مثالا جديدا على كيف تُلهم الطبيعة المهندسين لتطوير تقنيات متقدمة باستخدام مواد حيوية صديقة للبيئة وسهلة الإنتاج.
كيف بدأ الاكتشاف؟
أجرى فريق بقيادة تشانخون تساو من جامعة ماكغيل الكندية مراجعة دقيقة لمجموعة واسعة من الهياكل الحيوية في الطبيعة بحثا عن المادة المثالية لإنشاء فوهة دقيقة للطباعة.
تم تحليل عينات متنوعة تشمل:
الإبر اللدّاعة
المخالب
الأنياب
خراطيم عدد من الحشرات
وخضعت هذه العينات لتقييم شامل يشمل:
الكثافة، القطر، المرونة، الطول، القوة الميكانيكية، والانحناء.
النتيجة المفاجئة:
الخراطيم الدقيقة لإناث البعوض كانت المرشح الأمثل بفضل:
هندستها المجهرية الفريدة
مقاومتها الممتازة للضغط
قدرتها على توصيل السوائل بدقة بالغة
دقة طباعة تتجاوز حدود التقنيات التقليدية
أظهر الاختبار أن خرطوم البعوضة قادر على طباعة خطوط دقيقة يصل عرضها إلى 20 ميكرومترا، أي أرفع من الشعرة البشرية بأضعاف.
مقارنة مذهلة:
الخطوط المطبوعة أدق بنسبة 250% من أصغر فوهة صناعية متوفرة اليوم.
يتحمل الخرطوم ضغطا يصل إلى 60 كيلوباسكال، وهو مستوى مماثل لقدرة البلاستيك المستخدم في الأدوات الهندسية.
هذا يجعله بديلاً فعالاً ومتيناً لفوهات الطباعة الدقيقة التي عادةً تُصنع من المعادن أو البوليمرات غير القابلة للتحلل.
تجارب عملية تشمل خلايا حية وتوصيل أدوية
لم يقتصر الاختبار على الطباعة العادية، بل شمل استخدام الفوهة البيولوجية لطباعة هياكل ميكروية تحتوي على خلايا حية، مما أثبت سلامتها للعمل في البيولوجيا الدقيقة.
كما اختبر الباحثون إمكانية استخدام الخرطوم كـ أداة لتوصيل الدواء، باستخدام:
هيدروجيل كنموذج لحامل دوائي
جلد خنزير كنموذج للأنسجة البشرية
وتمكن الخرطوم من امتصاص المواد وإعادة حقنها داخل النسيج، محاكياً آليات إيصال الأدوية بدقة.
حلٌّ بيئي واقتصادي في آنٍ واحد
تواجه صناعة الطباعة الدقيقة مشكلتين كبيرتين:
1. المشكلة البيئية
فوهات الطابعات التقليدية مصنوعة غالبا من مواد غير قابلة للتحلل، مما يزيد من النفايات الصناعية.
2. التكلفة العالية
الفوهات عالية الدقة باهظة الثمن وتحتاج إلى تصنيع متخصص.
أما خراطيم البعوض فهي:
متوفرة عالميا وبكثرة
سهلة التربية في المختبرات
منخفضة التكلفة
قابلة للتحلل الحيوي
وبذلك تقدم بديلاً مستداما وصديقا للبيئة.
تطبيقات واسعة في مجالات متقدمة
يمكن استخدام هذه الفوهات البيولوجية في:
تصنيع إلكترونيات دقيقة
تطوير تقنيات توصيل الدواء
هندسة هياكل الأنسجة
إنتاج الكبسولات الخلوية لسرطان الدم وخلايا الدم الحمراء
وتصنيع الأدوات الطبية الدقيقة
يمهد هذا البحث الطريق نحو جيل جديد من التقنيات الهندسية التي تعتمد على مواد طبيعية كبديل للمكونات المعقدة.
