الغراء الكهربائي Voltaglue غراء الأنسجة البشرية

لعب الغراء دورا هاماً في تطور العديد من الصناعات. ولعل من أكثر استخداماته شيوعاً، استخدامه في الصناعات الخشبية. فالغراء وبأنواعه المختلفة، كان حلاً مثالياً للعديد من عمليات التثبيت والتوصيل لمختلف المواد. ومع تسارع عجلة التطور في مختلف المجالات، كان للغراء نصيبه. مقالنا التالي يتحدث عن تقنية جديدة تسمح باستخدام الغراء في بعض الصناعات الثقيلة كتثبيت صفائح السيارات والطائرات أو في مجالات تستدعي مرونة كربط الأنسجة البشرية!

معظم مواد الغراء الفوري المعروفة تندرج تحت ثلاث مجموعات حسب طريقة المعالجة: المعالجة بالضوء (عن طريق تعريض المادة للأشعة فوق البنفسجية غالباً)، المعالجة بالحرارة أو المعالجة الكيميائية مثل الصمغ الخارق (الألتيكو) الذي يتصلب عند تفاعله مع بخار الماء في الهواء. هذه الأنواع لن تعمل في البيئات الرطبة فمثلا الصمغ الخارق سوف يرتبط مع جزيئات الماء بدلاً من الارتباط مع سطوح المواد المراد ربطها.

قامت مؤخرا مجموعة من الباحثين من جامعة نان يانغ التكنولوجية NTU في سنغافورة بتطوير نوع جديد من الصمغ يتصلب عند تطبيق جهد منخفض عليه. وقد قام الفريق مؤخرا بنشر نتيجة أبحاثه في نشرة Nature Communications مطلقين على الاختراع اسم Voltaglue.

أوضح التقرير أن الميزة في الصمغ الالكتروني أنه يمكن التحكم في زمن ومقدار تصلبه بغض النظر عن البيئة المحيطة وذلك عن طريق التحكم بزمن تطبيق الجهد عليه.

وقد قدم الفريق تطبيقين هامين من بين التطبيقات الكثيرة لهذا الاختراع الجديد. أولهما، ربط القطع المعدنية المغمورة بالماء أو الموجودة في أوساط رطبة حيث تتطلب هذه الظروف متانة وصلابة عالية لتتحمل الظروف القاسية لفترة طويلة. أما التطبيق الثاني، فكان استخدامه في استبدال الخيوط الجراحية المستخدمة في الجراحات في النسج البشرية حيث تتطلب أن يكون الغراء مرناً مثل المطاط كي لا يتسبب بأي ضرر للنسج المحيطة بالجرح.

أما عن مكونات هذا الغراء، فقد تم تصنيعه باستخدام الهيدروجيل1 وهو هلام ذو أساس مائي يحوي جزيئات كربون تدعى الكاربينات Carbenes 2 مصفوفة على شكل أشجار على مادة بلاستيكية تعرف باسم الدندريمارات Polyamidoamine (PAMAM) dendrimers 3.

ويتصلب هذا الصمغ عند تطبيق تيار كهربائي بتوتر 2 فولت عليه. حيث يقوم هذا التيار بتحفيز الكاربينات لتشكل روابط مع الدندريمارات والأسطح المجاورة لها. ويتعلق عدد الروابط المشكلة بتركيز الكاربينات وبزمن تطبيق التيار، حيث يؤثر هذا العدد على صلابته ودرجة تحمله. وبمجرد إيقاف التيار الكهربائي تتوقف الكاربينات عن تشكيل روابط جديدة.

من الخصائص المميزة لهذا الصمغ هي القدرة على عكس عمله. حيث يقوم فريق البحث بتطوير آلية تسمح بفك الروابط وإعادته لحالتها الأولى لتسهيل فك القطع عند الحاجة. كما يبحث الفريق في آلية لتقليل الزمن اللازم لتصلبه من 30 ثانية لبضع ثوان.

وبذلك يأمل الفريق البحثي بأن يحدث هذا الغراء ثورة في طرق التصنيع. وربما استبدال اللحام والبراغي في مختلف الصناعات بمواد تثبيت ذات قدرة تحمل عالية يسهل التحكم بها وعكس دورها عند الحاجة، كما في حالات الصيانة أو إعادة التدوير.

الهامش:

1 الهيدروجيل Hydrogel هي عبارة عن شبكة من السلاسل البوليميرية المحبة للماء، هذه الشبكات البوليميرية سواء الصناعية أو الطبيعية لها قدرة عالية على امتصاص الماء (يمكن أن تتكون من أكثر من 90% من الماء)، وتتميز بقدر كبير من المرونة شبيهة بمرونة النسج الطبيعية وذلك لوجود نسبة كبيرة من الماء ضمنها.

2 الكاربينات Carbenes هي جزيئات مؤلفة من ذرات كربون ثنائية التكافؤ تحوي الكتروني تكافؤ غير مرتبطين. له الصيغة الكيميائية التالية: R-(C:)-R' or R=C:.

3 الدندريمارات Polyamidoamine (PAMAM) dendrimers الدندريمارات هي جزيئات ميكروية نجمية الشكل كثيرة الأفرع ذات ابعاد نانومترية وتتألف من ثلاث أجزاء رئيسية وهي: النواة المركزية، هيكل شجري داخلي والسطح الخارجي. PAMAM هي من اشهر أنواع الدندريمارات مناسبة للعديد من مواد التطبيقات العلمية والتكنولوجيا الحيوية. نواتها من الألكيل ديامين alkyl-diamine وحمض اميني ثالثي كفروع.

المصدر:

هنا