دور علم النانوت في تعزيز دور صانع السلام ووظيفته

تعزيز ميكانيكي مع كاربون ننوبيس وغرافين

ويقود صانعو البيوت على السواء إلى المرونة (للتحرك بقلب النبض) وإلى قوة (لمكافحة الكسور) كما أن الباحثين في مجال الأشعة السينية في تكساس الذين يُظهرون وجود خلل في الكربون النقي بنسبة 10 في المائة في قوة الصنع، مما يؤدي إلى دمج الفولاذ في مركبات متعددة من أجل العزلة والرواسب الميكانيكية.

الابتكارات في مجال تكنولوجيا البطاريات

وربما يكون أفضل تحسن متوقّع في مجال الطاقة النانوية هو في حياة بطارية الوتر، فالبطاريات التقليدية لليثيوم - اليودين مفهومة جيدا، ولكن معدّلة للطاقة، إذ تتيح المواد النووية كيميائيات وبنى جديدة أساساً تحشد طاقة أكبر في أحجام أصغر، مما قد يمتد إلى 15-20 سنة أو أكثر.

البطاريات ذات الطابع العادم مع الكهرباء البنيّة

وتستخدم البطاريات التقليدية السائل أو الكهرباء الجيلية، التي تكون عرضة للتسرب والتدهور بمرور الوقت، وتستبدل البطاريات ذات الطاقة الكهروليكية الصلبة ذات الكهرمائية أو الزجاج الملوث بالجرعات النانوية، وتنتج هذه البطاريات الصاعدة بدرجة أعلى، وتزيد من الاستقرار الحراري، مثلاً، تيتانيت البيرتينات الاصطناعية ذات الصمامات النانوية (LTO).

نانويدس وكادهيدز

:: زيادة استخدام التكنولوجيا النانوية لكهرباء البطاريات في المساحة السطحية النشطة، مما يتيح زيادة سرعة الشحن (رغم أن صانعي البطاطا يشحنون ببطء، إن كان ذلك على الإطلاق) واستخدام المواد النشطة على نحو أكمل، فعلى سبيل المثال، فإن مؤشرات السيليكون، تراوحت عشر مرات القدرة النظرية للغرافيت، ولكنها تتضخم بشكل كبير أثناء التدوير.

Energy Harvesting from the Body

وبالإضافة إلى تحسين البطاريات، يفتح علم النانو الباب أمام مشغلي الوتيرة الذاتية الذين يجنيون الطاقة من حركات المريض أو حرارة الجسم، ويُبلغ عن وجود متجانسات نانوية، مثل أكسيد الزنك أو نانوويرات أو ربات نمرات الزركونات، وتوليد شحنات كهربائية دائمة عند اختراقها آلياً.

تحسين الأداء الإلكتروني

إن الكهرباء هي الوصلات البينية الحرجة بين مسرع القلب و القلب، إذ تحدد كفاءتهم حجم العتبة اللازم لإثارة نبضات القلب، مما يؤثر مباشرة على حياة البطارية وراحة المرضى، ويمكِّن علم النانو من توليد الكهرباء مع تحسين كبير في الممتلكات الكهربائية والإدماج البيولوجي.

مرتفعات السطح - أريا نانو مُعدة

وبإختلاق الكهرومغناطيسي مع الاختناق النانوي - مثل البلاستيك الأسود المخروط بالأيريديوم أو أكسيد النانولومون، أو غابات النانووب الكربون - يمكن زيادة المساحة السطحية الفعالة بأوامر ضخامة تتعلق بكهرباء سلسة، وهذا يقلل من التخلف (ال مقاومة للتدفق الحالي) ويقلل من كثافة الشحنات المطلوبة لإبطال الحد الأدنى من البطاريات في عام 2020.

تحسين التوعية والرسوم التكيفية

كما أن الكهرومغناطيسي المهيكل يُظهر نسبة عالية من الإشارات إلى الأنظار عند استشعار نشاط القلبي الاصطناعي، مما يتيح لمُعدّل البطاقات تمييزاً أدق بين الإيثامات العادية والآهيثما، مما يقلل من سرعة التباعد أو الصدمات غير الملائمة، وتشتمل بعض التصميمات المتقدمة على أجهزة استشعار ذات أساس ناموسية يمكن قياسها على مستويات التكسيدات الأرضية المحلية أو الفوقية، مما يتيح تكييف النانجة النسيجية.

تخفيض القدرات المالية

ومن الأسباب الرئيسية للفشل الكهربائي بمرور الوقت، فرز الألياف التي تشكل جدران الجسم قبالة الجسم الأجنبي، ويزيد هذا النسيج الناثر من الاندفاع ويمكنه في نهاية المطاف أن يحجب التحفيز الكهربائي تماماً.() ويمكن للأسطح المتناثرة أن تُقلل من استجابة الجسم الأجنبي.() وتُنشر دراسة في Biomaterials

اعتبارات الملاءمة والسلامة الأحيائية

وكما هو الحال بالنسبة لأي تكنولوجيا طبية ناشئة، يجب أن تقترن ترجمة المواد النانوية إلى أجهزة مجهزة بالزراعة بتقييم دقيق للسلامة، وأن يكون مركز الاهتمام بشأن السمية المحتملة للجسيمات النانوية، ومصيرها الطويل الأجل في الجسم، والاستجابة المناعية التي قد تنجم عنها.

وقد تبين أن العديد من المواد النانوية، مثل نانووب الكربون ومركبات أكسيد المعادن، تؤدي إلى إجهاد أوكسيدات أوهام في ثقافات الخلايا إذا ما هربت من الجهاز، إلا أنه عندما تُدرج في المعاطف المستقرة أو المواد المركبة - وليس لها تأثير حر - فإن الهيئات التنظيمية مثل نظام الاختبارات الغذائية والاختبارات المتعلقة بالأدوية (FDA) تتطلب وجود معايير شاملة للطبيعة.

وتركز جهود البحث الحالية على تطوير المواد النانوية القابلة للتحلل البيولوجي التي تحل دون ضرر أو تُستحل بعد أداء وظيفتها، وعلى سبيل المثال، فإن أكسيد الزنك النانووي يُحل ببطء في السوائل الفيزيولوجية، ويُطلق سراح أيونات الزنك الأساسية التي يتم تجهيزها بصورة طبيعية، ويمكن أن يحمي أعلى درجة من خطر الإصابة بالهراوات خلال الأشهر الأولى من ذلك.

وتبشر الدراسات الحيوانية الطويلة الأجل بالخير، إذ أن دراسة زرع صانعي البطاطا ذات المعاطف النانوية المجهزة بالتيتانيوم في الخراف لم تظهر أي سمية محلية أو منهجية هامة، كما أن الأجهزة تحتفظ بالأداء الكهربائي، كما أن التجارب البشرية للدلائل المتناقلة مستمرة، وتشير النتائج المبكرة إلى سلامة مماثلة للأدلة التقليدية ذات طول محسن.

الاتجاهات المستقبلية وصانعي السلام الذكية

وفي المستقبل، تشكل التكنولوجيا النانوية حجر الزاوية للجيل القادم من صانعي " ذكاء " لا يُعدّون القلب فحسب بل يُقهرون أيضاً ويرصدون ويتواصلون بلا هوادة مع مقدمي الرعاية الصحية.

رصد الزمن الحقيقي مع أجهزة الاستشعار

ويمكن أن يتيح اطفاء أجهزة الاستشعار النانوية داخل مولد نبضات الوتر أو خيوطها الرصد المستمر للعلامات الحيوية مثل التروبونين للعلامات المبكرة لنوبة قلبية، أو البوتاسيوم للاختلالات الكهروليتية، أو الاسطوانات الاستفزازية للإصابة، ويمكن لمترجمات الأشعة المتطورة الميدانية التي تتخذ من غرافين أن تكتشف تركيزات البروتينات الرئوية في الوقت الحقيقي.

عملية نقل الطاقة بلا حدود والعملية بلا طيار

وقد يزيل هذا النوع من التكنولوجيا البطارية في نهاية المطاف تماماً، وباستخدام قوارب متحركة أو محصول للطاقة فوق الصوتية، يمكن أن يكون جهاز التسارع مزوداً بأجهزة إرسال خارجية مزوداً بجهاز إرسال خارجي مثل رقعة، كما أن الهوائيات والمستحضرات يمكن أن تلتقط بكفاءة موجات الطاقة هذه، وقد أظهر الباحثون في معهد ماساتشويش الدولي أن هناك خلية في عام 2022 لا تحتاج إلى تغيير كامل.

Algorithms المغلقة

ومع تعزيز الاستشعار والكفاءة في استخدام الطاقة، سيدير جهاز التسارع في المستقبل خوارزميات معقدة تضبط بارامترات المباعدة بين المسافات على الذبابة، مثلا، يمكن لمعدات التسارع التي يمكن أن تُستخدم في استخدام الجسيمات النانوية الفائقة الفائقة التكرار أن يكشف عن التغيرات الطفيفة في مستوى نشاط المرضى من النوم إلى التجويف، وأن يزيد تلقائيا من دعم معدل ضربات القلب التي تتعلم نمط القلب الوشيك.

التكامل مع الإلكترونيات القابلة للتداول

وبالنسبة للمرضى الذين يحتاجون فقط إلى فترات مؤقتة - مثل بعد جراحة القلب - وبكل بساطة - يمكن أن يزيلوا الحاجة إلى عملية استخراج، وقد وضع العلماء أجهزة من أجهزة النانومبران السيليكون، وكهرباء المغنزيوم، وأجهزة عزل البوليمر التي تفكك طبيعياً بعد بضعة أسابيع.

خاتمة

إن علم النانوات ليس مجرد تحسين تدريجي لمنتجي الوتيرة - بل يمثل إعادة تصميم أساسية لكيفية تفاعل هذه الأجهزة المنقذة للحياة مع الجسم البشري، ومن خلال تحصين المواد من التدهور، وتصريف الطاقة الكهربائية، وزيادة حساسية الكهرومغناطيسية، وتمكين الأخصائيين، والقدرة على التكيف، فإن الهندسة النانوية توسّع نطاق الحياة في الأجهزة وتحسين نتائج المرضى بطرق لا يمكن تصورها قبل عقد من الزمن.