ساخت نوعی پلاستیک با الهام از بال حشرات جهت از بین بردن باکتری

احتمال آن می‌رود که با ساخت نوعی پلاستیک جدید با الهام از سطح بال حشرات، بینایی افراد را نجات داد. محققان دانشگاه ‏کالیفرنیا، واقع در شهر ارواین موفق به ساخت نوعی ماده ضد باکتری با هزاران ستون میخی شکل بسیار کوچک شده‌اند.‏

چهارشنبه، 22 اسفند 1397

تخمین زمان مطالعه:

پدیدآورنده: رزیتا ملکی زاده

موارد بیشتر برای شما

این امکان وجود دارد که روزی پلاستیک خمیده جهت ساخت قرنیه مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد.

احتمال آن می‌رود که با ساخت نوعی پلاستیک جدید با الهام از سطح بال حشرات، بینایی افراد را نجات داد. هر ساله بیش از 40000 نفر نیاز به پیوند ناحیه قدامی چشم یعنی قرنیه دارند. اما نمی‌توان در همه حال اهداء کنندگانی برای این نوع پیوند در اختیار داشت. همچنین بدن بعضی افراد عضو پیوندی از فرد دیگر را پس می‌زند. و دست کم تا به امروز باکتری‌ها به راحتی می‌توانند مواد بکار رفته جهت ساخت انواع مصنوعی آن را نیز آلوده سازند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا، واقع در شهر ارواین موفق به ساخت نوعی ماده ضد باکتری با هزاران ستون میخی شکل بسیار کوچک شده‌اند. هر ستون همانند یک تار موی نامرئی در بال زنجره یا جیرجیرک دشتی (cicada) می‌ماند. و مانند بالهای حشرات، سطح آن انواع مختلف سلولهای باکتریایی را از بین می‌برد. علاوه بر آن، چنین سطوحی می‌توانند درست مانند چشم به شکل منحنی درآیند.

ظاهر صاف و درخشان بالهای جیرجیرک دشتی

ایده این پروژه با به اشتراک گذاشتن ایده‌های دانشمندان و مهندسین از رشته‌های مختلف شکل گرفت. آلبرت یی (Albert Yee) دانشمند علم مواد از دانشگاه کالیفرنیا ارواین، در زمینه فناوری نانو مشغول به فعالیت است. این رشته به ساختارهایی در مقیاس کوچکتر از 100 میلیاردم متر می‌پردازد. این مقیاس تقریباً به ضخامت یک ده هزارم از موی انسان است. یی با استفاده از پلیمر، نانو ساختارهایی برای تراشه‌های کامپیوتری شکل داده بود. چنین موادی از جمله پلاستیک، دارای مولکولهایی هستند که زنجیره‌ای از گروه‌های تکراری از اتم به شمار می‌روند.
این میکروبها خود را به درون نانو اسپایک‌ها یا نانو ساختارهای میخی شکل واقع در بال حشرات فرو می‌برندیی از بسیاری از همکاران و محققان علوم پزشکی که خواستارکپی برداری از سطوح بالهای جیرجیرک دشتی و سنجاقک بودند، نکات مهمی آموخت. باکتریها پس از قرار گرفتن بر روی این سطوح از بین می‌روند. این میکروبها خود را به درون نانو اسپایک‌ها یا نانو ساختارهای میخی شکل واقع در بال حشرات فرو می‌برند. در اصل آنها با این کار خود را در معرض مرگ قرار می‌دهند.

یی و همکارانش بر آن شدند بررسی نموده که آیا تلاشهای‌ سابق می‌توانند به طور مشابه به دور نگاه داشتن میکروب از قرنیه پلاستیکی کمک نمایند. گروه او پلاستیکی موسوم به پلی متیل متاکریلات با نام اختصاری PMMA را جهت کار خود انتخاب نمودند. آنها از قالبی جهت تبدیل این پلاستیک به نانو ستونهای میخی شکل استفاده کردند که به راحتی قابل دسترس بود. این قالب مسطح دارای هزاران فرورفتگی بسیار کوچک بود. آنها PMMA حرارت دیده را با فشار در قالب قرار دادند. سپس این پلاستیک خنک شده به نانو اسپایک‌هایی همانند آنچه در بالهای جیرجیرک دشتی است، تبدیل شد. این سطح یا پوسته در آزمایش، تعداد بسیاری از باکتریهایی با دیواره نازک همچون اشرشیاکولای یا ای کولای (E.coli) را از بین برد.
قرنیه چشم به شکل مسطح نبوده بلکه منحنی شکل استاما قرنیه چشم به شکل مسطح نبوده بلکه منحنی شکل است. و درست همانطور که یک کاغذ به هنگام پیچیده شدن به دور یک توپ بیسبال، چروک برمی‌دارد، پلیمرهای مسطح نیز در صورت پیچیده شدن به دور اشکال منحنی خراب می‌شوند. جهت رفع این مشکل، گروه قالب منحنی جدیدی ساختند. PMMA خنک شده از این قالب به صورت منحنی درآمد.

به گفته ماری نورا دیکسون (Mary Nora Dickson‎): «آزمایشات اولیه‌ای جهت اثبات کارآمدی این ماده بر روی قرنیه مصنوعی انجام دادیم». خانم دیکسون دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی از دانشگاه کالیفرنیا ارواین و عضو تیم تحقیقاتی است. او و دوست دانشجوی خود النا لیانگ (Elena Liang) کار تیمی خود را در تاریخ 16 مارچ در نشست بهاره انجمن شیمی آمریکا شرح دادند.

چالش بعدی

محققان اکنون امیدوارند بتوانند با ایجاد تغییراتی جزئی در مواد خود، باکتریهایی با دیواره سلولی نازکتر از ای کولای را نیز از بین ببرند. این ماده با عفونتهایی مانند استاف مبارزه خواهد کرد. (عفونت استفاف یکی از عوارض شایع و شدید پوستی است که گا‌ها به بافت‌های داخلی بدن نیز نفوذ می‌کند و ناشی از میکروبهای استافیلوکوکوس می‌باشد). این ترفند نیاز به ساخت نانو اسپایک‌های بلندتر شبیه به انواع موجود در بالهای سنجاقک دارد. اما دیکسون متذکر می‌شود که «تبدیل ساختن پلیمر به اشکال باریک و نازک بدون آسیب رساندن به آنها کار بسیار دشورای است».

او در بخشی از سخنان خود توضیح می‌دهد که درست همانند مولکولها، زنجیره‌های پلیمری «به نوعی شبیه به اسپاگتی» هستند. «قرار دادن اسپاگتی در یک کاسه بزرگ کار آسانی است اما اگر بخواهید آن را درون یک گلدان باریک قرار دهید، وارد نمودن آن اسپاگتی به درون آن قالب باریک سخت‌تر و سخت‌تر می‌شود». و هرقدر که این ستونها بلندتر باشند، خارج ساختن این ماده از قالب نیز سخت‌تر خواهد شد.

اکنون تیم او پوششی را به این قالبهای پلاستیک افزوده‌اند تا ببینند آیا کار آنها مؤثر واقع می‌شود یا خیر. همانطور که اسپری مقدار کمی روغن موجب خارج شدن راحت کیک فنجانی از قالب می‌شود. این گروه نیز امیدوارند که لایه پوششی آنها به همین صورت برای نانواسپایک‌های موجود در پلاسیک عمل کند.

این تحقیق جدید را می‌توان به سایر مطالعاتی افزود که نحوه ایجاد تغییرات جزئی در فرم و ساختار مواد در کوچکترین مقیاس را مورد بررسی قرار می‌دهند. به گفته ماسارو رائو (Masaru Rao‎): به طور کلی آنها نشان می‌دهند که «شما می‌توانید نحوه ارتباط سلولها با یک سطح مشخص را عمیقاً تحت تأثیر قرار دهید». ایشان مهندس مواد از دانشگاه کالیفرنیا، ریوِرساید (Riverside‎) هستند. او گمان می‌کند که این اصل می‌تواند برای سایر مصارف پزشکی نیز بکار رود.

همچنین قابلیت از بین بردن باکتری نشأت گرفته از ساختار این ماده است. از سوی دیگر، اکثر مواد ضد باکتری دیگر دارای یک پوشش می‌باشند. بنابراین، رائو عنوان می‌کند که این رویکرد جدید «ممکن است موجب بوجود آمدن قابلیت اطمینان و مقاومت در برابر آسیب بیشتر شود». مقیاس فرایند ساخت پلاستیک شکل گرفته به صورت نانواسپایک همچنین می‌تواند تغییر کند. به این معنی که می‌توان این فرایند را به نسبت ثابتی تغییر داد. بنابراین تولید ارزان وسایل پزشکی ممکن است امکان پذیر شود.

پیش از آنکه این اتفاق رخ دهد، آزمایشات بیشتری بایستی انجام شود. این تیم به مدارک بیشتری جهت اثبات قابلیتهای این ماده در از بین برندن میکروب، مدت زمانی که این ماده می‌تواند به کار خود ادامه دهد و احتمال بروز هرگونه عوارض جانبی نیاز دارند.

در همین راستا رائو اظهار می‌دارد که: «هنوز هم مطالب زیادی را باید از طبیعت بیاموزیم».

چالش بعدی

مقالات مرتبط

تازه های مقالات

بیشترین بازدید هفته