المهندسون ابتكروا جهازًا يتيح وضع المكونات الإلكترونية على الأنسجة الحية والزرعات الطبية دون إلحاق أضرار

طريقة جديدة لطباعة الإلكترونيات مباشرة على الأنسجة الحية

هندسان من جامعة رايس ابتكروا جهازًا يُحرق حبرًا موصلًا كهربائيًا مباشرة على القماش أو العظام أو الزرعات الجراحية، دون إتلاف سطحها. أصبح ذلك ممكنًا بفضل نظام Meta✴‑NFS – بنية مجال قريب مستوحاة من المواد المتقدمة.

كيف يعمل Meta✴‑NFS
العنصر | الوظيفة
---|---
مذبذب حلزوني مقطعي | يلتقط ويقوي الطاقة الميكروتنبؤية.
منقذة مخروطية الشكل | تضغط الموجة المعززة إلى منطقة أقل من 200 µم (0.008 بوصة).
وسط جرافين | يمتص حتى 50٪ من الطاقة، مما يسمح بتسخين المادة بنقاط محددة.
نتيجةً لذلك يصل الحبر إلى درجة حرارة تزيد عن 160 °C بينما يظل السطح المحيط باردًا.

ما يميز هذا عن الطرق التقليدية
* التسخين النقطي – تقنيات الطباعة العادية (الفرن، الليزر) تسخن المنطقة بأكملها، ما يدمر الأنسجة والمواد الطبية.
* الحرق الضوئي يتطلب طول موجة محدد، مما يستبعد معظم المواد البيولوجية.

Meta✴‑NFS يستخدم طاقة ميكروتنبؤية بنسبة 79.5٪ (مقارنة بـ 8.5٪ في المسبار التقليدي)، مركزًا الطاقة في حجم ضئيل جدًا. هذا يتيح تعديل البنية البلورية لذرات الفضة على الطراز "في الهواء"، ما يغيّر مقاومةها النوعية بأكثر من ثلاثة أُطوار – من شبه موصل إلى عازل.

تجارب عرض
المادة | ما تم طباعته | النتيجة
---|---|---
ورقة نباتية حية | هياكل ميكروية موصلة كهربائيًا | تمت الحرق بنجاح دون تلف
بلاستيك، سيليكون، ورق | هياكل مماثلة | تسخين المنطقة المستهدفة فقط
عظم البقر (العظم الفخذ) | حساس تشوه لاسلكي | سجل انحرافات ميكانيكية صغيرة
المسح في غلاف سيليكون | حافظ على التوصيل لأكثر من 300 ثانية تحت الماء، بينما تحطمت المادة غير المحمية خلال 2.5 ثانية.

التطبيق العملي
* الزرعات العظمية – تم طباعة حساسات لاسلكية بالفعل على بولي إيثيلين عالي الجزيء (المادة التي تُستخدم في معظم مفاصل الورك والركبة الاصطناعية). تتعقب هذه الحساسات التآكل والتوتر في الوقت الحقيقي دون تدخل هيكلي للزرعة.
* الاتجاهات المستقبلية: أجهزة تشخيص قابلة للمضغ، توصيل مباشر للإلكترونيات مع الأعضاء، روبوتات مزودة بإلكترونيات مطبوعة.

تعليق قائد المشروع
> «إمكانية تسخين المواد المطبوعة بشكل انتقائي تتيح ضبط خصائصها الوظيفية في نقاط محددة داخل الفضاء حتى في بيئة مواد حساسة للحرارة»، أشار الأستاذ المساعد لمدرسة الهندسة وعلوم الحاسوب بجامعة رايس، يون لين كون.

> «هذا يفتح الطريق لوضع إلكترونيات ذات تكوين عشوائي على البوليمرات الحيوية والأنسجة الحية باستخدام طابعة مكتبية دون شروط تصنيع معقدة أو عمليات يديوية شاقة».

بهذا الشكل يُعد Meta✴‑NFS طفرة في مجال الإلكترونيات المطبوعة للطب والتطبيقات البيولوجية، مما يتيح إنشاء أجهزة دقيقة وآمنة ومرنة مباشرة على المواد الحية.