ساخت اندام‌های مصنوعی با تارهای ابریشمی

 این دسته از مدارها تنها به واسطه تجدیدپذیر بودنشان اهمیت پیدا نکرد‌ه‌اند بلکه از هم‌اکنون نسل برتری برای آنها ترسیم شده است که تعاملات نورونی بهتری را امکان‌پذیر ساخته و از سوی دیگر می‌توان نصبLED ‌های به مراتب بیشتر و با قابلیت‌های متنوع‌تری را نیز برای آن متصور شد. این نسل جدید چیزی نیست جز برداشتن گامی تازه برای رسیدن به یک آرزوی دیرینه؛ تلفیق تجهیزات الکترونیکی با اندام‌های انسانی. برای تحقق این آرزوی قدیمی استفاده از ابریشم که طی قرن‌های گذشته ویژگی‌های خاص آن برای بشر ثابت شده به عنوان ابزاری مطمئن در نظر گرفته شده است به طوری که گروهی از محققان بر آن شده‌اند تا با تلفیق تجهیزات الکترونیکی با تارهای ابریشمی، نسل تازه‌ای از تجهیزات و ساختارهای الکترونیکی را ارائه کنند، تجهیزاتی که البته به نظر می‌رسد تا کاربردی شدن سال‌های طولانی فاصله داشته باشند.

به تازگی گروهی از محققان با ساخت تجهیزات الکترونیکی سیلیکونی قابل انعطاف و باریک روی رشته‌های ابریشمی، موفق به ارائه تجهیزات فوق‌مدرنی شده‌اند که تقریبا می‌توان گفت در بدن حل می‌شوند! این فناوری نوین گرچه حیرت‌انگیز و در نوع خود بی‌سابقه عنوان شده است اما تا رسیدن به مرحله‌ای که بتوان از آن به عنوان دستاوردی کاربردی یاد کرد فاصله زیادی دارد. با این حال از هم‌اکنون می‌توان روزی را متصور شد که در بدن بیماران ابزار الکترونیکی حساسی کار گذاشته شود که پس از پایان ماموریت از پیش تعریف شده، نیازی به جراحی برای خارج ساختن آن نبوده و بتدریج در بدن حل شوند!

تاکنون این گروه تحقیقاتی آرایه‌های ترانزیستوری را طراحی کرده‌اند که روی فیلم‌های باریکی از ابریشم جای می‌گیرند. در حالی که تجهیزات الکترونیکی عموما باید برای دور ماندن از هرگونه آسیبی در حین قرار گرفتن در بدن افراد با استفاده از مواد و پوشش‌های خاصی لفافه پیچی شوند، این ایده جدید چنین مرحله‌ای را حذف کرده و نه‌تنها در هزینه‌های نهایی صرفه‌جویی قابل توجهی انجام می‌شود، استفاده و نصب تجهیزات الکترونیکی دقیق در بدن را نیز به مراتب ساده‌تر از گذشته می‌نماید. مبنای این ایده جدید و کاربردی شدن آن در آینده صرفا به خاصیت حیرت‌انگیز سازگاری ابریشم با بافت‌های زیستی است.

بررسی‌های اولیه دانشمندان نشان می‌دهد که رشته‌های ابریشم در گذر زمان ذوب شده و البته مدارهای سیلیکونی متصل به آنها که در بدن بر جای می‌مانند نیز خطری برای فرد به همراه ندارند چون در ابعاد نانویی ساخته‌شده و سیستم ایمنی بدن را تحریک نمی‌کنند.برایان لیت دانشیار مهندسی زیستی و عصب‌شناسی در دانشگاه پنسیلوانیاست که از مدتی پیش تحقیقات گسترده‌ای را در این زمینه آغاز کرده است. او معتقد است: دستگاه‌ها و تجهیزات پزشکی که امروزه به کار گرفته می‌شوند و بسیاری از آنها وارد بدن می‌شوند تا مدت زیادی در خدمت بیماران باشند با محدودیت‌های ساختاری زیادی همراه هستند چون باید آنها را در یک جلد مخصوص محصور کرد. این پوشش حیاتی و ضروری است تا بافت‌های درونی بدن آسیبی به این تجهیزات نرسانند اما آیا راهی برای خلاص شدن از این محدودیت‌ها وجود دارد؟ پاسخ وی به این پرسش مثبت است. به عقیده وی می‌توان با تکیه بر راه‌های جدید به طراحی و ساخت تجهیزات نوین پزشکی پرداخت که نه‌تنها نیازی به چنین پوشش‌هایی نداشته باشند بلکه انجام اعمال جراحی بعدی برای خارج کردن آنها از بدن نیز منتفی شود.

گروه تحقیقاتی که برایان لیت در آن حضور دارد هم‌اکنون در حال کار رویLED ‌های سیلیکون ابریشمی هستند که در آینده می‌توان کاربردهای زیادی را برای آنها متصور شد. ازجمله این کاربردها می‌توان به تاتوهای نوری اشاره کرد که می‌توانند قند خون را نشان دهند. همچنین طراحی و ساخت الکترودهای منطبق با بدن نیز از جمله دیگر این کاربردها هستند که می‌توانند با سیستم عصبی بیماران نیازمند در تعامل باشند.

سال گذشته جان راجرز از اساتید سرشناس مهندسی و علوم مواد در انستیتو بکمن دانشگاه ایلینویز مدارهای سیلیکونی قابل انعطاف و کشسانی را ارائه کرد که به جهت قابلیت‌های مختلف و متنوع، می‌توان از آن در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی استفاده کرد. اما وی به همین میزان پیشرفت قانع نبود و برای این‌که این مدارها را منطبق با ساختارهای زیستی سازد همکاری‌های نزدیکی را با اساتید دانشگاه تافت آمریکا آغاز کرد. محققان این دانشگاه چند ماه موفق به ارائه تجهیزات نوری مبتنی بر الگوهای نانویی شده بودند که اساس تولیدشان پروتئین‌های موجود در پیله کرم ابریشم عنوان شده است. برای ساخت چنین تجهیزاتی محققان ترانزیستورهای سیلیکونی به طول تنها یک میلیمتر و ضخامت 250 نانومتری را روی لایه بسیار نازکی به عنوان پایه قرار داده و سپس آن را به سطح فیلم بسیار نازکی از جنس ابریشم منتقل کردند. ابریشم این قابلیت را دارد که هر ریز دستگاهی را حتی به رغم آمیخته‌شدن با مایعات شور درون بدن و قرار گرفتن در آستانه حل شدن در بدن در جای خود نگاه دارد. ادامه یافتن این تحقیقات نشان داده است که در عمل می‌توان این نوع تجهیزات را در بدن حیوانات کاشت و این درحالی است که هیچ نگرانی از بابت اثرات جانبی و سوء آنها احساس نمی‌شود. از آن گذشته استفاده از آرائه‌های ابریشمی هیچ تاثیری بر افت عملکرد ترانزیستورها در بدن نیز ندارند.در تجهیزات سیلیکون ‌ ابریشمی، ابریشم نقش منفعل اما بسیار مهمی را ایفا می‌کند. به عقیده محققان ابریشم از نظر مکانیکی آنقدر مستحکم است که همچون یک عامل محافظ عمل کند و این درحالی است که اگر آب روی آن ریخته شود بتدریج قابلیت سازگاری با بافت‌های زیستی نظیر بافت‌های بدن را پیدا می‌کند.

این ایده‌ها در حالی بتدریج به واقعیت تبدیل می‌شوند که اخیرا سازمان غذا و داروی آمریکا ابریشم را برای استفاده در ایمپلنت‌های پزشکی مورد تایید قرار داده است و از آنجا که کاملا در محیطی همچون درون بدن انسان حل می‌شود و هیچ اثر سویی نیز بر جای نمی‌گذارد می‌توان از آن در طیف گسترده‌ای از تجهیزات آتی پزشکی استفاده کرد.

ورقه‌های ابریشم انعطاف‌پذیر هستند و به همین دلیل می‌توان آنها را لوله کرده و در زمان انجام اعمال جراحی به میزان مورد نیاز به کار گرفت و به این ترتیب کار با آنها برای جراحان به مراتب ساده‌تر از سایر مواد مشابه خواهد بود. البته در پروژه‌هایی که از چند سال اخیر برای توسعه ایده استفاده از ابریشم در تولید تجهیزات پزشکی آغاز شده نواقصی نیز وجود دارد که در پروژه اخیر برایان لیت برطرف شده است. انطباق‌پذیری زیستی سیلیکون قابل مقایسه با ابریشم نیست گرچه مطالعات انجام شده نشان می‌دهند که این ماده خطرناک نیست. البته خطرناک نبودن آن برای بدن به اندازه و شکل قطعات سیلیکونی بستگی دارد که در بدن به کار گرفته می‌شوند. از این رو تلاش می‌شود تا برای به کارگیری آنها در تجهیزات پزشکی آینده، ابعاد آنها را به حداقل برسانند. از آن گذشته ضروری است تا در ساختار این تجهیزات از ارتباطاتی از جنس تیتانیوم و طلا استفاده شود که البته سازگار با بافت‌های زیستی هستند اما نه تجدیدپذیر. اکنون دغدغه اصلی محققان این پروژه تولید رابط‌های ارتباطاتی تجدیدپذیر هستند تا در کل استفاده از آنها در بدن هیچ‌گونه خطری برای فرد به همراه نداشته باشد. به عقیده لیت همه چیز در آینده مشخص می‌شود.

زهرا شفاعت
منبع: Technology Review