هلام من الماء يشبه الزجاج المقاوم للكسر

أجواء برس

“السوبر جيلي” هي مادة جديدة غريبة يمكن أن تنجو من دهسها بواسطة سيارة على الرغم من أنها تتكون من 80 في المائة من الماء.

وأكد المطورون من جامعة كامبريدج أنّ “الهيدروجيل الشبيه بالزجاج” قد يبدو وكأنه هلام إسفنجي، ولكن عند ضغطه يعمل مثل الزجاج المقاوم للكسر.
و من ثم يتم تشكيله باستخدام شبكة من البوليمرات التي تلتصق ببعضها البعض من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية القابلة للانعكاس والتي يمكن تصميمها للتحكم في الخواص الميكانيكية للهلام.

كما هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج مادة ناعمة قادرة على مقاومة كبيرة لقوى الضغط.

فيما أضاف الفريق أن “سوبر جيلي” يمكن أن يجد تطبيقات مختلفة، من الاستخدام لبناء الروبوتات اللينة والإلكترونيات الحيوية إلى استبدال الغضروف التالف.

بدورهم استخدم الفريق بالفعل موادهم الجديدة لإنشاء مستشعر ضغط هيدروجيل، والذي، عند وضعه تحت الأقدام، يمكنه مراقبة الأشخاص الذين يمشون ويقفون ويقفزون.

كما إنّ الهلاميات المائية مصنوعة من شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات “المحبة للماء” التي تنتفخ في الماء ويمكن أن تحتوي على كمية كبيرة من السائل مع الحفاظ على هيكلها.

لطالما كانت قدرات الصلابة والشفاء الذاتي للهيدروجيلات موضوعاً شائعاً للبحث في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، فإنّ صنع تلك التي يمكن أن تصمد أمام الضغط دون أن يتم سحقها قد أثبت تحدياً.

وأوضح مؤلف الدراسة وكيميائي البوليمر الاصطناعي بجامعة كامبريدج زيهوان هوانغ: “ أنه من أجل صنع المواد ذات الخصائص الميكانيكية التي نريدها، نستخدم كروسلينكرز، حيث يتم ربط جزيئين من خلال رابطة كيميائية”.

مضيفاً “نحن نستخدم عكس الكروسلينكرز لجعل الههيدروجيل لين وقابل للإمتتداد، ولكن صنع هيدروجيل ثابت ومقاوم للضغط عملية صعبة وتصميم المواد مع هذه الخصائص هو غير بديهي تماماً.”

كما يكمن مفتاح سوبر جيلي في جزيئات على شكل برميل تسمى القرعيات ، وهي جزيئات متشابكة يمكن أن تحمل جزيئين ضيفين في تجويفها بطريقة يقارنها الباحثون مع الأصفاد.
و من خلال اختيار جزيئات الضيف التي تفضل البقاء داخل هذه الأصفاد لفترة أطول من المعتاد، تمكن الفريق من الحفاظ على شبكة البوليمر مرتبطة بإحكام وتمكينها من تحمل كميات كبيرة من الضغط.

كما و أشار مؤلف الدراسة وكيميائي البوليمر أورين شيرمان، من جامعة كامبريدج: “عند ما تبلغ نسبة الماء 80 في المائة، تعتقد أنه سينفجر مثل بالون الماء، لكنه لا ينفجر: فهو يبقى سليماً ويقاوم قوى ضاغطة ضخمة”.

و أضاف “إنّ خصائص هيدروجيل على ما يبدو على خلاف مع بعضها البعض.”

“إنّ الطريقة التي يمكن بها للهيدروجيل تحمل الضغط كانت مفاجئة، لم تكن مثل أي شيء رأيناه في الهيدروجيل”، أضاف المؤلف المشارك للورقة جايد ماككون.
“وجدنا أيضاً أنه يمكن التحكم بسهولة في قوة الانضغاط من خلال تغيير التركيب الكيميائي لجزيء الضيف داخل الأصفاد.”

كما و أوضح الفريق أنّ تطبيق جزيئات الضيف المختلفة يسمح بتباين كبير في ديناميكيات المادة الناتجة.

و بالمقابل أكد البروفيسور شيرمان: “لقد أمضى الناس سنوات في صنع الهلاميات المائية الشبيهة بالمطاط، ولكن هذا مجرد نصف الصورة”.

مضيفاً “لقد قمنا بإعادة النظر في فيزياء البوليمر التقليدية وأنشأنا فئة جديدة من المواد التي تغطي مجموعة كاملة من خصائص المواد من المطاط الشبيه بالزجاج، واستكمالاً للصورة الكاملة.”

وأضاف الدكتور هوانغ: “على حد علمنا، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها صنع الهلاميات المائية الشبيهة بالزجاج.”

“نحن لا نكتب فقط شيئاً جديداً في الكتب المدرسية، مع إنه أمر مثير حقا، لكننا نفتح أيضاً فصلاً جديداً في مجال المواد اللينة عالية الأداء.”

صوت بيروت انترناشونال