Fabrication and Characterization of Poly(9-vinylcarbazole)-Reinforced Epoxy Shape Memory Polymers

تُعد المواد الذكية فئة من المواد المصممة للتفاعل مع بيئتها، حيث تغير شكلها أو سلوكها عند تحفيزها بالحرارة أو الضوء أو الرطوبة. ومن بين هذه المواد، تبرز بوليمرات ذاكرة الشكل بشكل مثير للاهتمام لأنها يمكن ثنيها أو لويها لتأخذ شكلاً مؤقتاً، ثم تعود إلى شكلها الأصلي عند تدفئتها. وتعد هذه المواد بوعود كبيرة في مجال الطب، حيث يمكن أن تعمل كدعامات ذاتية التمدد أو سقالات تساعد الأنسجة على الالتئام. ومع ذلك، لا تزال هناك عقبة كبيرة قائمة: فالعديد من هذه البوليمرات ضعيفة جداً بحيث لا تستطيع تحمل المتطلبات البدنية لجسم الإنسان، وغالباً ما تفتقر إلى القدرة على التفاعل مع الأنظمة الكهربائية للجسم. ولكي تكون المادة مفيدة حقاً في الأجهزة الطبية الحيوية المعقدة، يجب أن تكون قوية ومرنة وقادرة على توصيل الإشارات الكهربائية، كل ذلك مع بقائها آمنة للخلايا الحية.

لقد اتخذ باحثون في جامعة هنان المتعددة التقنيات خطوة نحو حل هذه المشكلة من خلال ابتكار نوع جديد من مواد ذاكرة الشكل التي تجمع بين القوة والسلامة البيولوجية. لقد بدأوا براتنج إيبوكسي قياسي، وهو بلاستيك قوي يُستخدم غالباً في الطلاءات والمواد اللاصقة، وقاموا بتعديله ليعمل كبوليمر ذاكرة الشكل. وإلى هذه القاعدة، أضافوا كمية صغيرة من بوليمر مختلف يسمى "بولي (9-فينيل كاربازول)"، أو PVK. ويُعرف PVK بقدرته على نقل الشحنات الكهربائية، وهي خاصية تُطلب عادة في الأجهزة الإلكترونية مثل الخلايا الشمسية. قام الفريق بخلط هاتين المادتين معاً، مع التحكم بدقة في العملية لضمان انتشار PVK بالتساوي داخل الإيبوكسي بدلاً من تكتله. واختبروا كميات مختلفة من PVK، تتراوح من عدم وجوده تماماً حتى ما يزيد قليلاً عن واحد بالمائة من الوزن الإجمالي، لإيجاد التوازن المثالي.

أظهرت النتائج أن إضافة هذا البوليمر المحدد فعلت أكثر من مجرد جعل المادة أقوى. فقد أصبحت الأغشية المركبة أكثر متانة بشكل ملحوظ واستطاعت تحمل قوة أكبر قبل الكسر، مع تسجيل أفضل أداء ميكانيكي عندما كانت نسبة محتوى PVK حوالي نصف بالمائة. والأهم من ذلك، أن هذا التعزيز لم يفسد قدرة المادة على تذكر شكلها؛ إذ ظلت المركبات الجديدة تلين عند تسخينها إلى حوالي درجة حرارة الجسم، مما يسمح بتشكيلها، ثم تعود إلى شكلها الأصلي عند إعادة تسخينها. علاوة على على ذلك، أدت إضافة PVK إلى خفض مقاومة المادة للشحنة الكهربائية، مما جعل مرور الكهرباء من خلالها أسهل مقارنة بالإيبوكسي السادة. وهذا يشير إلى أن المادة قد تعمل يوماً ما كواجهة بين الأجهزة الإلكترونية والأنسجة البشرية.

ولعل الأمر الأكثر أهمية للاستخدام الطبي هو أن المادة الجديدة أثبتت سلامتها للخلايا الحية. فعندما اختبر الباحثون المادة مقابل خلايا الدم الحمراء، وجدوا في البداية أن بعض العينات تسببت في قدر ضئيل من الضرر للخلايا. ومع ذلك، اكتشفوا أن هذا كان ناتجاً عن قطع كيميائية صغيرة متبقية من عملية التصنيع. وبعد غسل العينات جيداً لإزالة هذه البقايا، لم تظهر المادة أي ضرر لخلايا الدم. وفي الاختبارات مع الخلايا الجذعية، وهي خلايا حيوية لإصلاح الأنسجة، أظهرت المادة تحسناً ملحوظاً مقارنة بالعينة المرجعية؛ فبينما أدت المادة المرجعية إلى تثبيط النشاط الخلوي بشكل كبير، عززت عينات PVK من تكاثر الخلايا، مع ملاحظة أعلى توافق في العينات التي تحتوي على 1.2% من PVK. وتخلص الدراسة إلى أنه من خلال مزج هذين البوليمرين بعناًية، نجح الفريق في ابتكار مادة قوية، ونشطة كهربائياً، وآمنة للجسم، مما يوفر أساساً واعداً للأجهزة الطبية الحيوية المستقبلية التي تحتاج إلى دعم الأحمال البدنية والتفاعل مع الإشارات الكهربائية الطبيعية للجسم في آن واحد.