13 ديسمبر 2016
كثيرًا ما يُستوحَى التقدم في تكنولوجيا النانو من التصاميم الموجودة في الطبيعة. فالجزيئات الصغيرة التي يمكنها تغيير شكلها استجابةً للمؤثرات سابحةً عبر الجسم، في محاكاة للبكتيريا، قد تساعد العلماء ذات يوم في تطوير أنظمة حديثة مبتكرة للتوصيل المستهدف للأدوية. واستناداً إلى هذا المبدأ، طور باحثون من مركز الملك عبد الله العالمي للأبحاث الطبية، أسلاكاً نانوية تنحني استجابة لأطوال الموجات الضوئية المرئية، وتعود إلى سابق وضعها في وجود الأشعة فوق البنفسجية.
ربيع القيسي، الباحث في كيمياء المواد، (الكيمياء الاصطناعية) بالمركز، والذي قاد المشروع بالتعاون مع باحثين من جامعة كاليفورنيا ريفرسايد بالولايات المتحدة، يقول: "ألهمتنا طريقة دفع البكتيريا لنفسها في السوائل باستخدام سياطها أو ذيولها، مستعملةً الطاقة الكيميائية وقوداً" ويستطرد: "كان هدفنا محاكاة الطبيعة من خلال تصنيع أسلاك نانوية مثل السياط، بحيث تتحرك مستخدمةً الضوء وقوداً بديلاً
طور العلماء بالفعل بلورات جزيئية تستجيب لأطوال موجية مختلفة من الضوء وتخضع لتغيرات في تكوينها الجزئي. هذه الخصائص ’الميكانيكية الضوئية‘ مرغوب فيها بشدة، وخاصةً إذا كانت هذه التغيُّرات الشكلية قابلة للرد مرة أخرى، بحيث يمكن تكرار حركة ما أو إعادة استعمال الجزيء. هناك نوعان من قابلية الرد: النوع T (حيث يعود الجزيء الذي تغير شكله بسبب الضوء ببطء إلى شكله الأصلي بعد فترة زمنية)، أو النوع P (حيث يجري التحكم بتغيُّر الشكل في كلا الاتجاهين عن طريق التعرض لأطوال موجية مختلفة من الضوء).
"حتى الآن، لم يتمكن العلماء من ابتكار مشغل من النوع P منشَّط ضوئياً بمقياس النانو -وهو المكون الذي يحول الطاقة إلى حركة ميكانيكية"، وفق القيسي. ويضيف: "عن طريق تركيب الجزيء العضوي المناسب، تمكنّا من توليد أول مشغل ميكانيكي ضوئي من النوع P بسماكة نانوية".
لقد ولّف الباحثون جزيئهم المبتكر، الذي يُدعى 9DVAM، عن طريق تفاعل مشتق من هيدروكربون الأنثراسين مع مركب عضوي يسمى مالونونیتریل، وتم تصنيع أسلاك نانوية من البلورات الجزيئية التي تنحني وتعود إلى وضعها السابق بشكل متكرر بفعل التحفيز الضوئي. وكشف التحليل الإضافي للتغيُّرات البنيوية الطارئة على الجزيء 9DVAM باستخدام حيود الأشعة السينية، أن الجزيء كان يتغير بين شكلين مصاوغين (توجهات مختلفة للذرات ضمن الجزيء) استجابةً للضوء.
"هذه التغيُّرات المتعلقة بالتكوين تقدم أكبر انزياح ممكن في الجزيء، وهذا يعني أقصى توليد للطاقة"، كما يوضح القيسي. ويضيف: "إن هذا يضع الأسس لبناء التغيرات الجزيئية، أو تصنيع سياط روبوتية اصطناعية يمكن تركيبها على ناقلات محملة بالعقاقير، مما يتيح توجيهها نحو مواقع الأورام المستهدفة".
يؤكد القيسي: "إننا في المراحل المبكرة من وضع نظم يمكن استخدامها داخل الجسم، حيث يسود الظلام. ويمكننا عن طريق الاستفادة من توليفات ذكية، تطوير جزيئات مفعلة باستخدام أشعة قريبة من تحت الحمراء، يمكنها اختراق الجسم".
References
Zhu, L., Tong, F., Zaghloul, N., Baz, O., Bardeen, C.J. et al. Characterization of a P-type photomechanical molecular crystal based on the E – Z photoisomerization of 9-divinylanthracene malonitrile. Journal of Materials Chemistry C (2016). | article
