ساخت ماهیچه‌های مصنوعی با نانوکامپوزیت‌های حافظه‌دار

پژوهشگران دانشگاه مراغه نانوکامپوزیت پلیمری را تولید کردند که قادر است شکل اولیه‌ خود را به خاطر بسپارد و پس از دو نوع تغییر شکل، مجدداً به حالت اولیه‌اش بازگردد و این ویژگی موجب شده تا از آن در ساخت ماهیچه‌های مصنوعی، استنت‌های گشادکننده عروق قلب و داربست‌های استخوانی استفاده کرد.

کد خبر: ۱۸۴۵۸۷

تاریخ: ۲۴ آبان ۱۳۹۶ - ۱۰:۴۲

به گزارش ایران اکونومیست؛ پلیمرهای حافظه‌دار به دسته‌ای از مواد هوشمند اطلاق می‌شود که قادر هستند پس از تغییر شکل به کمک یک عامل بیرونی مانند دما یا الکتریسیته، مجدداً شکل اولیه خود را به دست آورند. این‌گونه مواد با توجه به خواص منحصر به فردشان توجه بسیاری از محققان را در حوزه‌های مختلف علم از جمله زیست‌پزشکی و رباتیک به خود جلب کرده‌اند.

فناوری نانو نیز به پیشرفت هرچه بیشتر کاربرد این مواد کمک شایانی کرده است، به گونه‌ای که پژوهشگران دانشگاه مراغه نانو کامپوزیتی را تولید کردند که قادر است شکل اولیه خود را به خاطر بسپارد.

دکتر محمد سبزی، عضو هیأت علمی دانشگاه مراغه ضمن مقایسه تمایز پلیمرهای حافظه‌دار سنتز شده در این طرح با پلیمرهای حافظه‌دار متداول، گفت: پلیمرهای حافظه‌دار متداول عمدتا دارای حافظه دوگانه هستند، به این معنی که قادر هستند فقط دو حالت را به خاطر بسپارند که یک حالت دائمی و یک حالت موقتی است.

وی اضافه کرد: در این پژوهش یک نانوکامپوزیت دارای سه حالت حافظه سنتز شده است که یک حالت مربوط به شکل دائم و دو حالت دیگر مربوط به شکل موقت است.

به گفته این محقق، در این پژوهش با اضافه کردن نانوصفحات گرافن به یک زمینه پلیمری به این مهم دست پیدا کرده‌ایم. کاربرد نهایی این نانوکامپوزیت در ساخت حسگرها، رباتیک و ماهیچه‌های مصنوعی است.

سبزی با بیان اینکه این نانوکامپوزیت پلیمری دارای خاصیت زیست‌تخریب‌پذیری است، ادامه داد: برای مثال اگر از این نانوکامپوزیت برای ساخت استنت‌های گشاد کننده عروق استفاده شود، نیاز به عمل جراحی ثانویه برای خارج کردن آن از رگ نیست، چون استنت به‌ مرور زمان درون بدن تجزیه می‌شود.

این محقق ادامه داد: از دیگر کاربردهای این پلیمر حافظه‌دار، استفاده آن به‌عنوان داربست بخصوص داربست سلول‌های استخوانی است. به ‌طوری‌که این پلیمر در حالت صاف وارد محل شکستگی و آسیب‌دیده می‌شود و با اعمال محرک شکل محل آسیب ‌دیده را به خود می‌گیرد و آنجا را کاملا پر می‌کند و با رشد سلول‌های استخوانی روی این داربست پلیمری، محل آسیب ‌دیده با سرعت و بازدهی بالاتری ترمیم می‌شود.

عضو هیات علمی دانشگاه مراغه با بیان اینکه پلی لاکتیک اسید از استحکام و مدول بالایی برخوردار است، اما این پلیمر بسیار شکننده است و قابلیت تغییر شکل کافی برای بسیاری از کاربردهای حافظه شکلی را ندارد، خاطر نشان کرد: از طرفی پلی وینیل استات پلیمری با مدول و استحکام پایین است، اما دارای قابلیت تغییر شکل بسیار بالایی است. این دو پلیمر در تمام درصدهای وزنی قابل امتزاج هستند. بنابراین با آلیاژسازی این دو پلیمر یک آلیاژ حافظه‌دار با خواص مکانیکی مطلوب و دمای انتقال شیشه‌ای دلخواه (نزدیک به دمای بدن) طراحی شده است.

وی، اضافه کردن نانوصفحات گرافن به این آلیاژ را موجب بهبود خواص مکانیکی و  رفتار حافظه‌داری این آلیاژ دانست و ادامه داد: این امر موجب شد تا از حافظه‌داری دوگانه به رفتار حافظه‌داری سه‌گانه ارتقاء یابد. همچنین رسانایی الکتریکی بالای گرافن باعث شده آلیاژ نهایی علاوه بر حساسیت به دما، نسبت به جریان الکتریکی نیز حساسیت داشته باشد.

به گفته وی بر اساس نتایج آزمون‌های انجام شده، افزودن نانوصفحات گرافن به آلیاژ پلیمری پلی ونیل استات پلی لاکتیک اسید موجب بروز دو دمای انتقال شیشه‌ای مجزا و در نتیجه ایجاد ساختار حافظه‌داری سه‌گانه می‌شود.

این طرح از سوی دکتر محمد سبزی، عضو هیات علمی و مسعود بابا احمدی، دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه مراغه و دانشجوی کنونی مقطع دکترای پژوهشگاه پلیمر اجرایی و نتایج آن در مجله‌ ACS Applied Materials & Interfaces با ضریب تأثیر ۷.۵۰۴ منتشر شده است.