قفزة غير مسبوقة في تطوير الروبوتات المجهرية بحجم النانو تُسرّع الابتكار العلمي

الجسيمات النشطة بحجم النانو تفتح آفاقًا جديدة في الطب والروبوتات الدقيقة، حيث طور فريق جامعة كولورادو بولدر الأميركية طريقة مبتكرة لصناعة جسيمات نانوية ذات خصائص دقيقة تحركها طاقتها الذاتية، مما يتيح لها التنقل داخل أنسجة الجسم البشري وغيرها من البيئات المعقدة بسهولة فائقة.

تقنية الطباعة المجهرية عبر فوتونين لصناعة الجسيمات النشطة

ابتكر الباحثون في جامعة كولورادو بولدر تقنية تعتمد على طباعة مجهرية باستخدام فوتونين وطريقة الإستنسل الميكروي لطباعة “بقع” دقيقة على جسيمات نانوية بأشكال متعددة مثل الكرات والأقراص وأحرف محددة. هذه التقنية تمكن من تصنيع جزيئات نشطة متعددة الوظائف بدقة لم تكن متاحة سابقًا، حيث يُطبع فوق كل جسيم قالب مستنسل دقيق يسمح بترسيب المعدن فقط في المواقع المحددة دون غيرها، ما يخلق اللاتناظر الحاسم للحركة الذاتية في الجسيم. وتتيح هذه الطريقة استخدام معادن ومواد مختلفة لبقع الجسيمات، مما يوسع نطاق التحكم في خصائص الحركة.

كيف تتحرك الجسيمات النشطة داخل الجسم بفضل اللاتناظر الدقيق

تعتمد الجسيمات النشطة على اللاتناظر في شكلها وتركيب سطحها لتحويل طاقة البيئة المحيطة إلى حركة ذاتية، سواء كانت هذه الطاقة ضوءًا أو حرارة أو مواد كيميائية أو حقولًا مغناطيسية. فمثلاً، يمكن لجسيم مطبوع عليه بقعة مغناطيسية أن يتحرك ويتحكم فيه من خلال مغناطيسات خارجية، على عكس جسيم الزيت في الماء الذي يظل ساكنًا دون دفع خارجي. وقد أظهرت الدراسة أن أشكال بقع الجسيم المختلفة، مثل شكل الدمعة أو المروحة، تخلق أنماط حركة معقدة مثل الحركة اللولبية عند تعريض الجسيم لحقول كهربائية متقطعة، مما يفتح إمكانية تصميم جسيمات نشطة ذات حركات مخصصة تناسب بيئات مختلفة داخل الجسم، مثل النفاذ عبر الأنسجة أو المخاط.

تجمع الجسيمات النشطة لصنع روبوتات مجهرية ذاتية التنظيم

استخدم الفريق تقنية طباعة جسيمات مغناطيسية على شكل حرف “L” مزودة ببقعة معدنية محددة، والتي عند تعريضها لمجال مغناطيسي موحد تتجمع وتفصل بشكل تلقائي لتشكيل أزواج، ما يمنحها قدرة تحكم عالية في الأداء والحركة. تسمى هذه الظاهرة “الروبوتات المجهرية ذاتية التحديد”، وهي أساس لتطوير روبوتات دقيقة قادرة على التنقل داخل أجسام الكائنات الحية وتوصيل الأدوية بأماكن محددة، أو تنفيذ وظائف ميكانيكية دقيقة في بيئات معقدة. التحدي الرئيسي يكمن في التحكم بتجمع الجسيمات بطريقة منظمة بدلًا من تجمّعها العشوائي، وهذا سيمكن من ابتكار روبوتات مجهرية أكثر تعقيدًا وتخصصًا في المستقبل.

تمثل الجسيمات النشطة نقطة تحول في كيفية التعامل مع الحركة الذاتية في الأجسام النانوية، حيث تحقق تفاعلات دقيقة داخل بيئات معقدة مثل الجسم البشري، وتتيح فرصًا لتطوير روبوتات دقيقة تنقل الأدوية أو تنظف أنظمة معقدة. هذه التقنية تمثل جسرًا بين العلوم الأساسية والتطبيقات العملية التي لم تكن ممكنة بالسابق.

• تقنية الطباعة المجهرية تسمح بتشكيل بقع دقيقة على جسيمات متنوعة الشكل.
• اللّاتناظر في البقع يُمكّن الجسيمات النشطة من الحركة الذاتية باستخدام طاقة البيئة.
• تجمع الجسيمات النشطة المغناطيسية يتيح تصميم روبوتات دقيقة ذاتية التنظيم.
• أنماط الحركة تختلف حسب شكل البقع المعدنية، مما يتيح تخصيص وظائف الجسيمات لحاجات محددة.