ابتكر باحثون من جامعة تل أبيب لأول مرة زجاجًا يعرف كيفية إصلاح نفسه ويتشكل تلقائيًا عن طريق ملامسة بسيطة للماء
انسَ الزجاج الذي عرفناه حتى الآن: ابتكر باحثون من جامعة تل أبيب نوعًا جديدًا من الزجاج الثوري بخصائص فريدة. يتشكل تلقائيًا عند ملامسته للماء في درجة حرارة الغرفة، وهو لزج جدًا ولكنه شفاف بشكل لا يصدق، ويمكنه أيضًا أن يرضع نفسه إذا تم كسره. ووفقا لفريق البحث، فإن الزجاج الجديد قد يحدث ثورة في صناعات مختلفة ومتنوعة مثل البصريات والكهربائيات، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والاستشعار عن بعد، والطب الحيوي. وماذا يعني هذا بالنسبة لنا؟ ربما لن نشعر بالحزن بعد الآن إذا تحطمت النظارات أو شاشة الهاتف.
كسر السقف الزجاجي
يقف وراء هذا الاكتشاف صف متميز من الباحثات من إسرائيل والعالم، بقيادة طالبة الدكتوراه جال فينكلشتاين-زوتا، والدكتور زوهار أرنون والبروفيسور إيهود غازيت من المدرسة. للأبحاث الطبية الحيوية وأبحاث السرطان بواسطة شمونيس في كلية جورج س. وايز لعلوم الحياة, وقسم علوم وهندسة المواد في كلية آيفي وألدر فليشمان للهندسة، في جامعة تل أبيب.
تم اكتشاف الزجاج الجديد بالصدفة، عندما كان الفريق منخرطًا في بحث حول جزيء صغير (الببتيد)، يتكون من التيروزين - أحد الأحماض الأمينية العشرين التي تشكل جميع البروتينات في جسم الإنسان. وقد نُشرت نتائج البحث مؤخرًا في أرقى مجلة في العالم: Nature.
"في مختبرنا، نحن منخرطون في التقارب الحيوي، (مجال متعدد التخصصات لتطوير تقنيات جديدة تجمع بين علم الأحياء ومجالات الهندسة، ويهدف إلى الاستجابة للتحديات التي لم يتم حلها في مجالات الطب والزراعة والغذاء والطاقة والأمن) "، وعلى وجه التحديد نستخدم الخصائص الرائعة لعلم الأحياء لإنتاج مواد مبتكرة"، يوضح البروفيسور غازيت. "من بين أمور أخرى، نحن ندرس تسلسل الأحماض الأمينية، التي هي اللبنات الأساسية للبروتينات. تمتلك الأحماض الأمينية والببتيدات ميلًا طبيعيًا للاتصال ببعضها البعض وإنشاء هياكل منظمة بدورة محددة، ولكن خلال البحث اكتشفنا ببتيدًا فريدًا يتصرف بشكل مختلف عن أي شيء نعرفه: فهو لم يخلق تسلسلًا منظمًا بل غير متبلور، واحد خالٍ من الفوضى يصف الزجاج."
على المستوى الجزيئي، يعتبر الزجاج مادة سائلة، ليس لها نظام في بنيتها الجزيئية، إلا أن خواصها الميكانيكية تشبه المواد الصلبة. يتم تصنيع الزجاج عن طريق تبريد المواد المنصهرة بسرعة و"تجميدها" في هذه الحالة قبل أن يتوفر لها وقت للتبلور، وهي حالة غير متبلورة تمنحه خصائص بصرية وكيميائية وميكانيكية فريدة، إلى جانب المتانة والتنوع والاستدامة. واكتشف فريق البحث من جامعة تل أبيب أن الببتيد العطري المكون من سلسلة من ثلاثة تيروزينات (YYY) يشكل زجاجًا جزيئيًا تلقائيًا، عند ملامسته للماء، في ظروف الغرفة.
"مثل صنع عصير التوت"
يقول فينكلشتاين-زوتا: "إن الزجاج العادي الذي نعرفه جميعًا يتم تصنيعه عن طريق التبريد السريع جدًا للمواد المنصهرة". "عليك تجميد المواد وإصلاحها قبل أن تستقر بطريقة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، ولهذا عليك أن تستثمر الطاقة: تسخينها إلى درجات حرارة عالية وتبريدها على الفور. الزجاج الذي قمنا بإنتاجه مصنوع من وحدات بناء بيولوجية، ويتشكل تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة، دون استثمار الطاقة مثل الحرارة أو الضغط العالي. فقط قم بإذابة المسحوق في الماء العادي، مثل صنع عصير التوت." يروي جال كيف تم تصنيع العدسات في المختبر بسهولة وسرعة: "بدلاً من عملية طويلة من الطحن والتلميع، قمنا ببساطة بتقطير قطرة على سطح ما وقمنا بإنشاء عدسة، حيث يمكننا التحكم في انحناءها - وبالتالي تركيزها - باستخدام فقط حجم الحل."
خصائص الزجاج المبتكر فريدة من نوعها في العالم، بل وتتناقض مع بعضها البعض. يتمتع الزجاج الجديد بصلابة عالية، لكنه قادر على إصلاح نفسه في درجة حرارة الغرفة؛ وهو لزج للغاية، وفي الوقت نفسه يكون شفافًا في نطاق طيفي واسع يتراوح من نطاق الضوء المرئي إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، مما يزيد من تنوع الاستخدامات التي يمكن صنعها منه.
يقول البروفيسور غازيت: "هذه هي المرة الأولى التي نجحنا فيها في صنع زجاج جزيئي في ظل ظروف معتدلة، ولكن خصائص الزجاج الذي صنعناه لا تقل أهمية عن ذلك". هذا زجاج خاص جدًا. من ناحية، فهو قوي جدًا ومن ناحية أخرى، فهو شفاف للغاية، أكثر بكثير من زجاج السيليكات المعتاد الذي نعرفه جميعًا، وهو بالطبع شفاف في نطاق الضوء المرئي، لكن الزجاج الجزيئي الذي صنعناه شفاف أيضًا في عمق نطاق الأشعة تحت الحمراء"، بحسب البروفيسور غازيت، ولها استخدامات متنوعة في العديد من المجالات، بما في ذلك الأقمار الصناعية والاستشعار عن بعد والاتصالات والبصريات. "لدينا بالفعل تعاون مع شركة Al-Op الإسرائيلية التي تنتج الأنظمة الكهربائية الضوئية. بفضل خاصية اللصق، يمكن للزجاج الخاص بنا لصق أكواب مختلفة معًا، وفي نفس الوقت يمكنه إصلاح الشقوق التي تتشكل فيه. هذه مجموعة من الخصائص غير الموجودة في أي زجاج في العالم، ولها إمكانات كبيرة في العلوم والهندسة، وقد حصلنا على كل هذا من الببتيد - قطعة صغيرة من البروتين."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
