محققان دانشگاه بریستول به کشف هیجان انگیزی دست یافته اند: مواد مصنوعی که می توانند به تنهایی حرکت کنند، شبیه به حرکت کرم ها. این تحقیق بخشی از یک زمینه رو به رشد به نام “ماده فعال” است که می تواند روزی به روش های جدید تحویل دارو و مواد خود ترمیم شونده منجر شود.
بیشتر مواد، مانند چوب یا پلاستیک، ثابت می مانند و تغییر شکل نمی دهند. ماده فعال متفاوت است زیرا می تواند حرکت کند و خود را بازآرایی کند. دانشمندانی از بریستول، پاریس و لیدن با هم کار کردند تا ذرات ریزی به نام کلوئیدهای ژانوس را مطالعه کنند.
این ذرات در یک مایع قرار گرفتند و در معرض یک میدان الکتریکی قرار گرفتند و آنها را به خودی خود حرکت داد. این پیشرفت، دانشمندان را یک قدم به طراحی موادی نزدیکتر میکند که حرکت بیولوژیکی را تقلید میکنند و به طور بالقوه منجر به پیشرفتهایی در عضلات مصنوعی و سیستمهای رباتیک میکروسکوپی میشوند.
ایده ماده فعال سالهاست که محققان را مجذوب خود کرده است، زیرا نحوه درک ما از مواد را به چالش می کشد. برخلاف مواد سنتی که برای حرکت به نیروهای خارجی نیاز دارند، ماده فعال دارای منابع انرژی داخلی است که حرکت آن را هدایت می کند. این بدان معنی است که این مواد مصنوعی روزی می توانند به انواع جدیدی از مواد سازگار منجر شوند که به محیط خود پاسخ می دهند و بیشتر شبیه موجودات زنده عمل می کنند.
تشکیل ساختارهای کرم مانند
این تیم با استفاده از یک میکروسکوپ سه بعدی ویژه، نحوه رفتار این ذرات را هنگام روشن شدن میدان الکتریکی مشاهده کردند. کلوئیدها در کنار هم قرار گرفتند و ساختارهایی شبیه کرم به وجود آوردند.
این آزمایش منحصر به فرد بود زیرا از ذرات کوچک تری نسبت به مطالعات قبلی استفاده می کرد و به محققان اجازه می داد رفتارهای جدیدی را ببینند. تشکلهای کرممانند حرکت هماهنگی را نشان میدادند، تقریباً بهگونهای که انگار بهعنوان یک واحد واحد به جای ذرات منفرد واکنش نشان میدادند.
اولین نویسنده چائو توضیح داد: “ما شکل گیری ساختارهای جدید و جذاب را پیدا کردیم – رشته های فعال خودگردان که یادآور کرم های زنده هستند. سپس توانستیم یک چارچوب نظری ایجاد کنیم که ما را قادر می سازد حرکت کرم های مصنوعی را تنها بر اساس طول آنها پیش بینی و کنترل کنیم.”
یافته ها نشان می دهد که چگونه می توان حرکت این مواد مصنوعی را کنترل کرد که می تواند به کاربردهای عملی در زمینه های مختلف منجر شود.
کاربردهای بالقوه در پزشکی و فناوری
در تراکمهای پایینتر، ذرات فعال زنجیرههای کرممانند را تشکیل میدادند، اما در تراکمهای بالاتر، به ساختارهای ماز مانند و ورقهای تبدیل شدند. این رفتارهای خودسازماندهی می تواند درها را برای کاربردهای جدید در پزشکی، روباتیک و علم مواد باز کند.
لیورپول یکی از نویسندگان این مقاله خاطرنشان کرد: ” برنامه های کاربردی در دنیای واقعی، احتمالاً در آینده دور اتفاق می افتند. زیرا این مواد می توانند به طور مستقل حرکت کنند، در نهایت می تواند منجر به توانایی طراحی دستگاه هایی شود که به طور مستقل قسمت های مختلف خود را حرکت می دهند، یا طراحی گروهی از ذرات که می توانند هدفی را جستجو کنند که می تواند با داشتن داروها و درمان های هدفمند خاص، کاربردهای سلامتی داشته باشد.”
تیم تحقیقاتی به کاوش در این مواد مصنوعی ادامه میدهد و بر چگونگی توسعه بیشتر آنها برای استفاده عملی تمرکز میکند. با آزمایشهای در حال انجام و مدلسازیهای نظری، این کشف ما را به موادی نزدیکتر میکند که مانند موجودات زنده عمل میکنند و درهایی را به روی پیشرفتهای آینده در علم مواد باز میکنند.
