Electrodes with Light Printing Technology Transform Skin and Fabrics into Advanced Sensors

تقنيات جديدة في الهندسة المدنية: إدخال الإلكترودات المطبوعة بالضوء في مجال التقنية الطبية

في خطوة ثورية نحو تحقيق معايير جديدة في مجالات الهندسة المدنية والتقنية الطبية، أظهرت الأبحاث التي أجراها علماء من جامعتي لينكوبينغ ولوند في السويد إمكانية استخدام الضوء المرئي لخلق إلكترودات مصنوعة من مواد بلاستيكية موصلة. تعزز هذه التقنية من إمكانية تطوير أجهزة استشعار طبية وإلكترونيات تتمتع بأداءٍ عالٍ ودون الحاجة إلى المواد الكيميائية الضارة.

أهمية المواد البلاستيكية الموصلّة

تخضع الأبحاث في مجال الإلكترونيات العضوية إلى اهتمام متزايد، حيث تبرز المواد البلاستيكية الموصلّة، المعروفة أيضًا باسم البوليمرات المترافقة، كحل جذري لمشكلات عديدة. تمتاز هذه البوليمرات بدمج خصائص المعادن شبه الموصلة مع مرونة وخفة وزن البلاستيك، مما يجعلها مثالية للاستخدام في مجالات متعددة، مثل الطاقة المتجددة والتقنيات الطبية.

تعتمد صناعة البوليمرات على سلسلة طويلة من الهيدروكربونات، حيث يمثل كل وحدة في السلسلة “مونومر”، وعند ارتباط هذه المونومرات معًا يتم تشكيل البوليمر. وعادة ما يتم تنفيذ عملية التصنيع هذه باستخدام مواد كيميائية قوية أو سامة، ما يقيد الاستخدام الآمن لهذه المواد في التطبيقات الطبية.

عملية البوليمرة باستخدام الضوء المرئي

كانت الفكرة الرائدة التي تم تطويرها في أبحاث الجامعتين تتمثل في استخدام الضوء المرئي لعملية البوليمرة. تعاون الباحثون مع زملائهم في ولاية نيو جيرسي الأمريكية لتطوير تقنية تسمح بتفعيل المونومرات القابلة للذوبان في الماء باستخدام الضوء المرئي فقط. وبالتالي، لم تعد هناك حاجة لاستخدام مواد كيميائية سامة أو عمليات معالجة إضافية، مما يعزز من السلامة والفعالية.

تتيح هذه التقنية تشكيل الإلكترودات على مجموعة متنوعة من الأسطح مثل الزجاج، والملابس، وحتى الجلد البشري. وهذه الإمكانية تمثل ثورة في تطوير الأجهزة القابلة للارتداء وأنظمة الاستشعار الطبي.

تشكيل الإلكترودات بدقة باستخدام الضوء

تعمل هذه التقنية بشكل عملي من خلال وضع محلول يحتوي على المونومرات على السطح المطلوب. باستخدام ليزر أو مصدر ضوء آخر، يمكن للباحثين تشكيل الإلكترودات بتصاميم دقيقة في النقاط المحددة. ويتم غسل أي جزء من المحلول الذي لم يخضع لعملية البوليمرة، مما يضمن بقاء الإلكترودات فقط.

أبرز الباحث “توبياس أبراهامسون” في مختبر الإلكترونيات العضوية أهمية المواد المستخدمة، حيث يمكنها نقل كل من الإلكترونات والأيونات، مما يسمح لها بالتواصل بشكل طبيعي مع الجسم. هذه الخاصية، مع التركيبة القابلة للتكيف للأسطح البشرية، تعكس أهمية كبيرة في التطبيقات الطبية التي تتطلب مواد آمنة ومناسبة للتلامس مع الأنسجة.

التطبيقات المستقبلية للإلكترودات المطبوعة بالضوء

اختبر الفريق التقني تقنيتهم الجديدة من خلال إنشاء إلكترودات مباشرة على جلد الفئران المخدَّرة. وقد أظهرت النتائج تحسنًا ملحوظًا في تسجيل النشاط الكهربائي منخفض التردد بالمقارنة مع الإلكترودات المعدنية التقليدية المستخدمة في تقنية تخطيط الدماغ EEG.

تفتح هذه التقنية الأبواب أمام تصميم أجهزة استشعار مدمجة في الملابس، مما يمكن من قياس علامات صحية بشكل غير مرئي يوميًا. كما يشير “أبراهامسون” إلى إمكانية استخدام هذه الطريقة بكفاءة في الإنتاج على نطاق واسع للدوائر الإلكترونية العضوية، دون الحاجة لاستخدام مذيبات خطرة.

تغييرات جذرية في التقنيات الطبية والهندسة

تسهم هذه الابتكارات في الأساليب الجديدة في تقنيات الاستشعار، ما يمكن أن يكون له أثر كبير في إعادة تصميم الأجهزة الطبية والمعدات. تتجه العديد من الأبحاث الحالية نحو استغلال هذه المواد البلاستيكية الموصلّة لتعزيز الكفاءة والفعالية وتقليل التكاليف.

مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، تبرز مثل هذه الابتكارات كدليل واضح على أهمية التعاون بين الجامعات والمراكز البحثية لتعزيز الفهم والتطبيقات العملية للمواد الجديدة. وبفضل الأساليب الحديثة التي تعتمد على الفهم العميق لخصائص المواد وإمكانياتها، يمكن تحقيق تطورات ملحوظة في مجالات الهندسة المدينية والتقنيّة الطبية، مما يمهد الطريق لمستقبل مشرق يعتمد على التكنولوجيا الصديقة للبيئة والابتكارات الاستثنائية.